连拱变厚度曲中墙隧道围岩稳定性研究

目前,国内外对连拱变厚度曲中墙隧道施工过程中围岩和支护的变形及破坏机理的研究成果很少.文章结合沪蓉西八字岭分岔隧道连拱段的工程地质条件和变厚度曲中墙结构设计特点,采用有限元程序模拟研究隧道动态开挖过程中围岩和支护结构的稳定性.研究成果表明:曲中墙上方围岩在开挖过程中应力变化较大,曲中墙厚度越大的断面,曲中墙上方围岩所受压应力越小,围岩发生塑性破坏的范围也越小,而曲中墙自身随着厚度的增大,所受的最大压应力也越小.最后,将该数值模拟成果与现场监测结果进行对比分析,其变化规律和现场实测结果基本一致.     

隧道顶部溶洞对围岩稳定性的影响分析

结合夏家庙隧道实际工程,运用ANSYS有限元软件研究了隧道顶部不同大小、不同距离的溶洞分布对隧道围岩稳定性的影响,并与现场实测数据进行对比分析.研究结果表明：隧道顶部溶洞大小和距离的变化对隧道顶底板主应力将产生明显的影响,对隧道围岩拱顶下沉亦有明显影响,数值模拟结果与现场监测结果基本吻合.     

侧部岩溶隧道围岩稳定性数值分析与研究

 结合忠垫高速公路岩溶隧道施工过程,利用有限差分软件FLAC3D对侧部含有溶洞的隧道围岩稳定性进行数值模拟研究,并将数值计算结果与现场监测结果进行比较分析。结果表明：隧道开挖后,围岩分别向溶洞内和隧道内变形,溶洞与隧道之间的围岩向2个相反的方向变形,是较危险区域。围岩塑性区主要集中在隧道的周围和溶洞的左右侧部,溶洞的顶部和底部处塑性区较少。隧道与溶洞之间的围岩由于应力集中可能使围岩产生过大的变形和岩体破坏,对其稳定性要给予特别重视。所得结论可为同类隧道的设计、施工和研究提供有益的借鉴和参考。     

基于FLAC3D的隧道变形机理分析

本文结合某隧道穿越山体冲沟的松散黄土层出现的塌方事故,在现场地质调研和监控测量的基础上,应用有限差分软件FLAC3D,根据对现场地形和施工工序步骤的数值模拟,计算分析隧道周边围岩和土层随着隧道开挖过程受力状态的变化。结果显示:通过正台阶法方式开挖进入浅埋区域时,围岩变形发展迅速、拱顶沉降和地表沉降值过大,远超过正常变形范围,且存在潜在的剪切带。因此可认为,隧道在进入浅埋区域后的开挖会导致围岩的破坏和地表土体的沉陷。分析结果与现场测量数据基本吻合,为后期加固施工提供了理论依据。     

破碎围岩浅埋偏压隧道衬砌荷载的计算方法

隧道洞口大都会面临围岩破碎、浅埋和偏压等不良地质地形情况,现行规范只给出了偏压隧道衬砌荷载的计算方法.对于破碎围岩浅埋偏压隧道,根据现场情况及实测的衬砌受力和变形特征表明其与规范假定不同,不宜直接利用规范方法.通过工程实例分析及隧道三维数值分析结果提出了浅埋偏压隧道破碎围岩的破坏模式,即隧道开挖后深埋侧岩体滑塌下落挤压...     

隧道动态施工数值模拟分析研究

以新建南广铁路项目中的北岭山隧道为工程背景,选用大型有限元软件ANSYS建立软弱围岩段深埋宽长隧道施工模型,对该隧道D3K393+080段进行了数值模拟分析,得出隧道循环施工的应变规律,通过与现场监控量测数据对比,得出与工程实际数据接近的结果。分析表明,本次模拟选用的模型及参数基本合理,可为山岭隧道中类似软弱围岩段的设计和施工提拱一定的参考。     

基于全断面施工的超大断面隧道围岩松动圈分布特性研究

为掌握机械化施工背景下超大断面隧道全断面开挖后围岩松动圈的分布特性,服务于隧道工程动态设计与施工,以某双线高铁隧道为依托,从数值模拟及现场测试两方面进行分析研究。首先基于室内三轴试验获得符合工程实际下的围岩相关参数,之后利用数值模拟的方法,提出以极限剪应变作为围岩松动圈范围的判据,得出超大断面隧道全断面开挖后围岩松动圈的分布范围,最后通过现场波速测试测得松动圈厚度,分析围岩波速随孔深的变化情况,并与模拟结果对比分析。结果表明：以极限剪应变判据模拟得出围岩松动圈范围边墙两侧呈“月牙形”分布,拱顶及仰拱处呈“半圆环形”分布,边墙处松动圈厚度达到最大值1.10m;现场测试结果表明,边墙处围岩松动圈厚度为1.00～1.10m,拱腰处围岩松动圈厚度为0.50～0.60m,拱肩处围岩松动圈厚度为0.40～0.50m。室内试验为数值模拟提供了合理的围岩参数,模拟结果与实测结果较为吻合,验证了以极限剪应变判据在模拟确定围岩松动圈范围中的合理性及可靠性。本文研究成果可为今后类似工程提供一定思路及参考。     

浅埋偏压三车道公路隧道施工大变形分析

利用MIDAS-GTS有限元分析软件,对隧道出口浅埋段的施工进行了数值模拟,从位移、应力角度分析了围岩破坏的原因,并根据分析结果提出了围岩支护措施,从而为保证隧道顺利通过此段奠定了理论基础。     

不同断面形式隧道破坏模式研究

影响隧道围岩破坏的因素很多,研究隧道围岩破坏模式是一个非常复杂的问题,采用一般方法很难得到好的解答。运用自行开发研制的岩石破裂过程分析(RFPA3D)系统,对基本的隧道工程断面设计形式(圆形、矩形、直墙拱形和椭圆形)的破坏模式进行了数值模拟研究,得出了不同侧压系数下各种形状隧道围岩破坏特征,说明RFPA3D系统在隧道工程的设计其稳定分析方面是一种可行的方法。     

变埋深下软弱破碎隧道围岩渐进性破坏试验与数值模拟

 以一定范围内埋深(25～60 m)的3车道公路隧道软弱破碎围岩(公路隧道IV级)为研究对象,研制相似模型材料和配套试验设备,再现开挖后围岩的渐进性破坏全过程,分析不同埋深下围岩的应力场特征。通过模型材料室内试验获取岩体相关计算参数,引入弹塑性损伤本构模型对试验工况进行有限元数值模拟,计算结果与模型试验吻合较好。综合模型试验和数值模拟结果,可以得出以下结论：(1) 围岩破坏区是隧道塌落荷载的来源,主要集中在拱顶上方区域,在两侧边墙下方和拱底也有局部存在;(2) 隧道埋深对围岩破坏区域大小有重要影响,随着埋深的增大,围岩破坏区域呈渐进扩大趋势;(3) 围岩内的周向应力在隧道开挖后先升高而后逐渐降低,其最大值所在位置即对应压力拱位置,且该位置随着破坏区域的扩大而不断向围岩内部移动,形成动态压力拱现象;(4) 通过对围岩内部周向应力最大值的测试来获取隧道压力拱范围,并进而确定围岩塌落荷载大小,这在理论上是可行的。     

大跨软岩公路隧道围岩稳定性分析

本文针对大跨度软岩隧道的围岩变形特点,以集呼高速公路旗下营隧道右线出口段YK197+040断面在CD法施工下围岩变形的现场监测数据为背景,整理了拱顶沉降的位移-时间曲线,探讨了拱顶沉降随开挖时间的变化情况。运用ABAQUS软件,结合实际隧道工艺建立了三维有限元模型,数值分析了隧道开挖后拱顶及周边位移的变化趋势,研究了围岩力学性能参数对隧道变形以及围岩稳定性的影响。在综合考虑监测数据与数值结果的基础上,为后续隧道安全施工提供了有益的理论建议。     

深埋洞室围岩分层断裂现象模型试验解析

 对深部围岩分层断裂破坏机制模型试验进行再分析,研究模型介质断裂形态,指出模型裂缝存在剪切和拉伸2种形式。采用锯齿形岩石模型和极限应变破坏准则,推导洞室围岩的应力场,定量分析试验结果。通过与试验对比,证明解析方法的正确性。研究结果表明,在很大的轴向水平压力作用下,介质会产生间隔的拉伸裂缝,形成分层断裂现象。拉伸裂缝的几何形状逐渐趋于圆形,每形成一道拉伸断裂,模型等效于形成一个受支护作用的洞室,随着等效洞室半径的增大,其受到的支护力迅速增大,使得分层断裂现象局限在一定范围内。该解析方法可为研究不同条件下深部洞室围岩破坏规律奠定理论基础。     

岩土中隧道抗偶然性内爆炸特性分析

针对偶然性爆炸对隧道的破坏问题,分析了某重要的软土中隧道在不同装药量和位置内爆炸情况下的动力反应和破坏机理;通过对比研究,分析了围岩等级对隧道抗内爆炸特性的影响;给出了隧道遭受内爆炸情况下围岩受到明显影响的范围.分析结果表明:当比例距离较小时,装药爆炸会对衬砌结构产生十分严重的局部破坏,在装药偏离隧道中心的内爆炸冲击波...     

泥岩隧道锚承载特性现场模型试验研究

为了研究高荷载作用下的软岩(泥岩)隧道锚的变形、破坏及长期稳定性等问题,以在建的某长江大桥为依托,分别针对泥岩隧道锚自然状态(含水率为5.36%)和浸水状态(含水率为7.39%)的情况,开展了缩尺比例为1∶30现场模型试验。研究发现:隧道式锚锭同样适用围岩为软弱围岩(泥岩)的情况,可以承受较高的拉拔荷载,采用设计荷载工作时,具有一定的安全储备,并可以满足长期稳定性要求。屈服荷载作用以后,泥岩隧道锚的破坏优先沿锚体接触面发生剪切破坏,破坏后,会引起较大范围的围岩产生大变形。高拉拔荷载作用下,含水率高的泥岩隧道锚的围岩变形较大。考虑江水位变化带来的影响,建议该长江大桥泥岩隧道锚的长期安全系数取为3.5。研究成果可为类似的工程设计、施工等提供参考。     

深埋隧道围岩损伤破坏模式的数值试验研究

 深部岩体具有内禀特性。在开挖过程中，由于应力重分布导致围岩损伤破坏，传统岩体力学未能有效揭示其破坏机制。随着细观损伤岩体力学的发展，采用损伤观点解决深埋隧道围岩破坏问题逐渐显示出其优越性，但目前仅在均质性假设的基础上对应力状态和破坏判据进行研究，缺乏对其破坏全过程的相关研究。采用RFPA2D软件对通渝隧道二叠系栖霞组岩性为石灰岩且埋深超过1 000 m的K22+029断面在开挖过程中围岩的渐进破坏过程进行模拟，使用EMS–2型工程多波地震仪实测围岩破坏前、后波速的变化，定量模拟计算围岩损伤度的变化，揭示深埋隧道围岩破坏过程的损伤演化特性及损伤破裂过程中声发射、剪应力及岩体纵波波速等因素的变化特性，得出深埋硬岩隧道以拉剪型破坏为主，围岩破坏顺序依次为拱顶开裂→左、右拱肩裂纹扩展→左、右拱肩围岩深部裂纹；损伤过程中声发射事件数与围岩损伤程度近似成正比关系；损伤围岩表现出明显的非线性特性和损伤局部化特征。所得结论对于隧道施工支护具有指导意义，也为揭示深埋隧道围岩破坏机制进行有益的尝试。     

超大断面隧道软弱围岩卸荷渐进破坏特性研究

以深圳市东部过境高速公路连接线工程为背景,针对谷对岭“Y”形喇叭口大断面分岔隧道,通过室内地质力学模型试验和数值模拟等手段,对大断面隧道围岩的渐进性破坏过程、岩体内部变形和应力变化规律进行了研究。研究结果表明:软弱隧道围岩的破坏是始自拱腰以下的岩体,而后自拱腰向上继续扩展成拱,为此必须要对拱腰以下岩体施作锁脚锚杆,从而制止岩体的初始剪切破坏;当采取左右导洞分块开挖时,后开挖导洞会引起既有洞室围岩的破坏,因此需要对导洞之间的隔墙进行加固;拱顶上方0.95B（B为隧道跨度）范围内的岩体变形受到隧洞开挖影响,但最终塌落成拱的高度为0.55B;隧道开挖后,拱顶上方岩体应力升高区主要集中在0.4B~0.95B的范围内。     

隧洞围岩损伤演化与时效破坏过程的模拟分析

依据对岩石长期强度的认识,基于环境因素影响下岩石强度、弹模等物理力学性质随时间劣化及其内部细观损伤积累等观点,应用RFPA数值模拟方法,模拟了隧洞围岩的时效破坏过程,并与相应的物理模型试验结果进行了对比。隧洞数值模拟试验得到了拱顶、拱底以及两侧帮的时效变形特征曲线,与实际物模试验结果表现出了较好的一致性,并且发现隧洞围岩宏观破坏是细观损伤实时演化及逐步积累的最终表现。进一步模拟分析了侧压系数对隧洞时效变形破坏特性的影响,模拟结果显示,随着侧压系数的增大,隧洞左右边墙间的闭合位移逐渐增大,而隧洞拱顶拱底间的收敛位移随侧压系数的增大逐渐减小,并对隧洞围岩的局部的细观损伤演化过程及宏观时效破坏模式做出了清晰的解释。     

埋深对软弱隧道围岩破坏影响机制试验研究

通过室内模型试验,研究公路隧道IV,V级围岩在不同埋深条件下全断面开挖时的围岩破坏情况,实现自重应力场作用下毛洞状态时隧道围岩破坏过程的试验模拟,得到拱形塌方和塌穿型塌方2种围岩破坏模式。试验结果表明:隧道围岩的破坏从拱顶开始,并逐渐向上发展;埋深越小,隧道越易发生塌穿型塌方,而当埋深小于某一值时,因隧道开挖后围岩应力未超过围岩强度,隧道反而能保持稳定状态;对塌穿型塌方,隧道埋深越大,开挖后围岩维持稳定时间越短,塌方程度越严重,塌方向地表发展得越快;对同一类型的塌方,隧道埋深越大,塌方后隧道周边应力变化幅度越大。