隧洞开挖过程中围岩安全系数演化特征与支护时机选择方法研究

通过数值模拟,提出一种确定初次支护施作时机的新方法。引入点安全系数评价监测断面开挖边界各点的稳定性,定义所有监测点的点安全系数的几何平均值为整体安全系数,用以评价该断面的整体稳定性,避免选择少数监测点带来的结果特异性。建立围岩整体安全系数与监测断面相对掌子面距离之间的对应关系,一旦围岩整体安全系数降低至允许值,则认为围岩稳定性进入临界状态,对应的相对掌子面位置即为推荐初期支护的施作位置。通过这一方法,可针对某一典型断面,快速确定其初期支护的施作时机,在施工中做到及时反馈。同时,结合不同岩性和地应力条件方案的计算结果,表明了所提出的支护时机选择方法具有较好的规律性,以期为实际工程提供参考。     

水工隧洞钢筋混凝土衬砌水压致裂分析方法研究

引入具有水力耦合属性的内聚单元模拟衬砌裂缝、衬砌-围岩交界面,以反映缝隙的位移非连续特征以及内部压力水体的流动特性。结合渗流-应力间接耦合方法,提出了水工隧洞钢筋混凝土衬砌水压致裂算法,探究了衬砌裂缝发展历程、裂缝宽度演化以及缝隙内部水压力传递特征等,并基于此系统分析了衬砌-围岩有条件联合承载特性的影响。计算分析表明,隧洞充水加压过程中,衬砌裂缝促发与扩展过程短暂且密不可分,随之缝内水压力突增、内水外渗效应加剧;衬砌开裂后,缝内水压力沿衬砌径向的降低幅度非常小,量值较为接近于内水压力。有条件联合承载情况下,衬砌裂缝与衬砌-围岩交界面间隙所形成的水体流动通道可以起到传导水压力的作用,使得衬砌外水压力分布更为均匀;衬砌裂缝相对稳定,并且呈现数量少、间距大的分布特点,与衬砌压水试验结果更为吻合。