软岩隧道湿喷纤维砼支护施工过程非线性分析

在赣州-龙岩铁路DKl33 095～DKl38 237段软弱围岩单线隧道施工过程中,采用湿喷纤维混凝土作为支护结构.介绍了隧道围岩的地质情况和隧道湿喷纤维混凝土支护结构施工工艺,采用非线性有限元法对软弱围岩条件下的铁路隧道施工过程进行了数值模拟.分析模型考虑了台阶步施工过程中围岩应力的释放效应,分析了围岩和支护结构体的非线性力学行为的应力场分布、位移场,围岩塑性区分布特征,并指出台阶步开挖时拱顶下沉、底板上鼓、墙腰收缩的主要控制因素.     

隧道围岩及支护结构有限元分析

对正阳隧道的Ⅳ级围岩情况下的围岩和支护结构的稳定性进行了二维的平面弹塑性有限元计算，分析了围岩中的应力、变形、塑性区以及初期支护和二次衬砌结构的承载能力，得出了相应的结论，为二车道分离式隧道支护参数的优化设计提供了参考依据。     

基于有限差分法的隧道新型支护结构稳定性分析

聚丙烯纤维混凝土具有良好的变形性能,可以很好地适应隧道施工过程中围岩应力释放而产生的围岩压力;混凝土湿喷技术的引入可有效地改善隧道内工作环境,提高混凝土喷射质量。将湿喷聚丙烯纤维混凝土和锚杆应用于隧道支护结构,可起到良好的经济效益和支护效果。为了确保隧道施工过程的安全性和稳定性,采用FLAC有限差分计算软件对该支护结构性能和隧道的稳定性进行了计算和分析。分析模型中考虑围岩材料的非线性特性,以及围岩–支护结构体系位移场、塑性区和锚杆轴力的分布特征。分析结果表明:这种支护结构可有效地降低拱顶下沉,底板上鼓,提高成洞空间;围岩和支护结构体系协同工作,极大地发挥围岩的自承载能力。     

高地应力软岩隧道围岩压力研究和围岩与支护结构相互作用机制分析

岩体开挖后受扰动而产生应力重分布过程极其复杂,尤其是在不良地质环境下更甚。对于地质条件差、地应力为高~极高的软弱围岩,其结构受力大小与受力特征对隧道结构安全尤为重要。针对目前研究中存在的问题,结合工程中出现的问题和实际需求,以高地应力软弱围岩条件下的关角隧道、木寨岭隧道等工程为背景,通过地应力现场实测、理论研究与数值分析,对高地应力软岩隧道围岩压力和围岩与支护结构相互作用机制进行研究。主要进行以下几方面的研究工作:(1)在中国地应力场分布规律统计分析基础上,统计得到我国青藏地区平均水平地应力与垂直地应力的比值随深度变化的分布曲线。(2)采用水压致裂法进行兰渝线天池坪隧道和两水隧道地应力现场实测。在此基础上,分析隧道所处的原始高地应力水平及隧道开挖后的地应力分布规律;采用改进的BP神经网络进行了木寨岭、天池坪等隧道的宏观地应力场拓展分析,获得地应力的宏观分布形态与特点。(3)针对现有本构关系,对高地应力软岩尚不具有广泛代表性和卡斯特耐尔公式无法直接计算出在塑性区范围不同发展过程对应的塑性形变压力的问题,以原岩应力和隧道容许位移(或支护后实际量测位移)为出发点,采用岩体软化"直–曲–直"模型,推导了隧道形变压力计算公式。(4)利用台阶法开挖中存在的空间效应和改进的BP人工神经网络模型预测位移以及多项式拟合预测方法,提出两类在高地应力软弱围岩条件下使用开挖应力释放率模型的方法。通过在关角隧道和木寨岭隧道大战沟斜井高地应力软岩地段的应用,探讨其结构荷载与应力释放规律,其结果得到三维数值分析的验证。(5)为验证卡斯特耐尔扩展公式合理性,基于参数全过程变化的应变软化FLAC3D三维数值模型,模拟木寨岭隧道正洞高地应力软岩地段隧道开挖支护过程。三维数值结果与卡斯特耐尔扩展公式计算结果吻合,进一步证明该公式在高地应力软弱围岩条件下应用的可靠性、适用性。在统计青藏地区地应力分布规律基础上,结合现场实测和拓展分析,准确获得高地应力软岩隧道位置原始地应力,为研究围岩压力和围岩与支护结构相互作用机制提供依据。在原始地应力基础上,结合理论分析和数值仿真,获得高地应力软岩隧道的围岩压力计算方法和围岩与支护结构相互作用机制。主要创新点体现以下4个方面:(1)统计分析得到我国青藏地区平均水平地应力与垂直地应力的比值随深度变化的分布曲线。总结出青藏地区地应力分布规律与特点,为判别该区域地应力测试结果的合理性提供依据。(2)针对高地应力条件下软岩隧道大变形问题,引入岩体软化"直–曲–直"模型,推导出适用于高地应力软岩隧道基于原岩应力和隧道位移的隧道形变压力计算公式。(3)提出2种在高地应力软弱围岩条件下使用开挖应力释放率模型的方法。(4)为在三维数值分析中反映软弱围岩参数随坑道变形而不断变化的特性,引入参数全过程变化的应变软化模型,利用FLAC3D软件验证卡斯特耐尔扩展公式应用于高地应力软岩隧道的可靠性和适用性。     

软弱围岩隧道二次支护施作时机的数值模拟

结合软弱围岩铁路隧道工程,运用三维有限元数值分析方法,对软弱围岩中隧道采用双侧壁导坑开挖法的施工全过程进行了数值模拟与分析,重点研究了大断面隧道施工中二次支护与掌子面的距离对隧道稳定性的影响,以期寻找隧道二次支护的最佳施作时机.     

软岩隧道二衬最佳支护时机有限元分析

结合隧道二衬支护时机理论,指出软岩隧道围岩位移趋于稳定且塑性区半径扩大到锚杆长度时应进行二衬施工,并利用大型有限元软件ABAQUS对向莆铁路武夷山隧道软岩段进行三维有限元分析,确定了其二衬最佳支护时机。利用现场监测数据验证了该方法的正确性。     

隧道支护结构力学行为研究现状

总结了国内外隧道支护结构的发展情况,并对支护结构理论发展现状以及含软弱层隧道支护结构的力学行为研究现状进行综述。最后论述了隧道支护结构的力学行为研究不足之处,并对其进行展望。     

软岩深埋隧道位移流变分析

结合某铁路软岩深埋隧道,利用FLAC3.0有限差分法进行了位移模拟计算,选取较适合的伯格斯弹—粘塑性体模型模拟分部开挖施工,模拟中选取了4个关键点进行观测,结果表明计算的变形接近实测数据。     

高地应力条件下软岩隧道大变形支护技术研究

利用Midas GTS软件建立高地应力软岩条件下的隧道模型,通过数值模拟的方法研究了各类支护条件下隧道变形特征与施做各类支护技术后的围岩变形特征,得出了高地应力软岩围岩变形曲线与高地应力软岩隧道支护变形特征曲线。对比了各类支护技术的优劣程度,得出了较为有效的隧道大变形支护方式,提出了解决高地应力软岩隧道大变形的合理方法。     

软岩近距离隧道施工对策研究

采用数值模拟方法对近距离增建三线公路隧道通过软弱断层带进行了施工对策研究，对比了不同注浆位置和注浆范围的加固效果，并对小导管超前加固注浆、施加锚杆、增加喷射混凝土厚度等工艺参数及其作用效果进行了分析。结果认为，对近距离隧道中间岩柱体进行超前注浆加固等措施并采取分部开挖方式，能够保证既有隧道的安全和稳定。     

软岩隧道不同支护方法的数值分析和效应探讨

通过对软岩隧道各种支护方法及其机理的理论分析,本文结合重庆某高速公路软岩隧道,采用有限差分法(FLAC2D)分别建立了五种支护方案的平面计算模型,针对五种支护方案的计算结果深入分析在不同支护条件下隧道周边围岩的位移场、应力场,并探讨各种支护方法的支护效应,得出了锚杆注浆喷射混凝土能有效控制拱顶沉降和拱腰收敛,及时回填仰拱能有效控制底板隆起及抑制仰拱和墙脚塑性区开展的结论,探讨结论可为同类隧道的开挖支护提供参考。     

软弱围岩隧道施工三维有限元分析

对软弱围岩隧道施工中的力学性态进行了计算机模拟与分析.以杭新景高速公 路白炭坞隧道为实体建模,采用有限元程序对其施工全过程进行三维弹塑性分析;重点分析不同的施工方法和支护方式对控制围岩变形的作用.计算结果表明:隧道的支护方式对减少由开挖引起的扰动起着重要作用,掌子面距离支护段距离越短,引起的沉降越小;对于软弱围岩,采用台阶法开挖时,台阶的长度不宜过长,一般应在0.5倍的洞径左右.     

公路隧道软弱围岩开挖方法研究

研究公路隧道几种常用开挖方式对围岩的变形量、应力场、塑性区以及洞周整体稳定性的影响,从力学的角度选择最适合在公路隧道软弱围岩地层的开挖方法。     

基于有限元模拟与神经网络的隧道反演分析研究

依据某隧道施工设计及现场施工建立线弹性的隧道有限元模型,描述围岩位移场的空间分布.分析了隧道埋深、围岩性质、衬砌厚度、开挖方法及空间效应对监测点位移的影响情况.在此基础上建立围岩力学参数的反演分析流程,并建立位移与围岩力学参数的神经网络关系,最后用工程实例来证明该反演方法的可行性和有效性.     

巷道注浆支护围岩应力位移分析

采用有限单元法对单轨巷道注浆支护时的围岩应力和位移进行了计算和分析,计算结果表明,注浆支护在限制围岩位移,改善围岩应力状态,减少围岩塑性区面积等方面均有明显的支护效果,在水平地应力较大,围岩比较松散破碎的条件下,注浆支护是一种较好的支护方法。     

软土隧道支护压力与稳定性下限有限元分析

隧道开挖面的支护压力计算和稳定性分析至今尚未有比较成熟和简便的计算方法,本文基于岩土塑性极限分析理论,在分析下限有限元方法中引入非线性Power-Law屈服准则,通过对屈服准则的线性化处理,得到平面应变条件下软土隧道开挖面支护压力计算的下限有限元线性规划模型,编制了相应的Matlab有限元计算程序。计算表明:与极限平衡理论和极限分析上限有限元得到的结果比较,可以说明引入非线性Power-Law屈服准则的塑性极限分析下限有限元对隧道开挖面支护压力的计算和稳定性的分析是适用的。同时,总结了隧道埋深系数、土体重度系数等对隧道开挖面支护压力与稳定性的影响。     

软岩巷道开挖面承载结构研究及分层支护设计

通过研究深部软岩巷道开挖面围岩力学承载结构的形成机理和演化规律,指导巷道结构性失稳支护工艺设计。基于软岩力学模型和统一强度准则,考虑“开挖面效应、时间效应”,推导围岩弹塑性解。在算例分析中,建立围岩力学承载结构,提出围岩结构性失稳的梯次支护的原理,发现围岩力学承载结构对巷道破坏特征有一定影响,并分析“面效应、时间效应”影响下的围岩力学承载结构稳定性。据此设计“短锚杆全长注浆-端头锚注-短锚索”梯次支护方法;经数值计算,可知改进后的梯次支护能够确定合理的锚注有效范围,该支护能使围岩形成稳定的承载结构,并及时减小围岩松动圈范围。     

浅埋软岩大跨度铁路隧道施工技术研究

结合浙赣线新羊石隧道的工程实践,对浅埋、软岩条件下采用以H175型钢钢架作为初期支护的环形开挖预留核心土法施工大跨度铁路隧道的施工技术进行探讨和研究。通过经济技术比较分析,介绍了该方法与常用的中隔壁法(CD)相比的施工效果。     

朝小区间隧道方案比选有限元分析

重庆轨道一号线朝天门至小什字区间隧道根据平面线路要求,需要从已建成朝千隧道上方斜交通过。为了确保朝小区间隧道施工过程中,路面交通和朝千隧道的正常运营,设计单位提出采用连拱隧道或单洞三线隧道跨越朝千隧道的两套方案。本文用三维弹塑性有限元方法,以地表和朝千隧道变形为主要控制目标,对这两套设计方案产生的位移的影响进行预测。计算结果表明,采用连拱隧道方案优于单洞三线隧道方案,并且按照此方案设计可以确保朝小区间隧道与朝千隧道内力满足承载力要求和抗裂要求。这一结论为该工程的顺利实施提供了依据。