黏质黄土地层高铁隧道变形控制基准研究

黄土隧道具有埋深浅、开挖时变形量大、稳定性差的问题,下穿既有建构筑物时,给地表建构筑物的安全带来巨大的影响,需保证开挖过程中变形在规范规定的范围内。针对黏质黄土地层高铁隧道开挖过程中的拱顶及地表变形规律进行分析,结合现场实测数据的分析,得出黏质黄土地层中隧道的沉降量与埋深及开挖方法有直接关系,相同的埋深下地表沉降与拱顶沉降有着显著的线性关系,其比值与施工方法的相关性不大。进一步得出了基于地表沉降控制要求的黏质黄土地层高铁隧道施工变形控制基准:S_v=[δ]/i_H,可供类似工程进行变形控制提供依据。     

遗传算法在洞群二次衬砌厚度优化中的应用

 因地形地貌及工程间的相互影响,高密度地下洞室群的出现概率逐渐增大,洞群各洞室与洞群整体稳定性的关系、洞群的主导破坏模式、合理规划设计各洞室支护措施强度以实现等强度设计理念等课题研究的需求越加迫切。基于有限元强度折减理论,依托重庆某一大型高密度地下洞室群,对比现行安全系数主要判定准则在洞群应用中的可行性及合理性;基于最小二乘法,利用二次多项式对各洞室安全系数与二衬厚度的隐含关系进行显示拟合,并通过遗传算法对二衬厚度进行优化。洞室间夹层围岩等次要部位的局部破坏对洞室乃至洞群的整体稳定性影响较小。并行洞室的主导破坏模式与两者间距、埋深等因数有关,主要分为3种破坏模式：埋深较浅且洞间间距较大,洞室拱顶塑性围岩破坏区向背离洞群中心的斜上方发展并贯通至地表,洞群破坏;当埋深较深且洞间间距较小,各洞室拱顶塑性围岩破坏区向靠近洞群中心的斜上方交汇贯通,洞群破坏;当洞间间距及埋深均处于两种破坏模式之间时,上述两种破坏模式共同导致洞群破坏。洞群主导破坏模式多样,洞室关键点位移随强度折减系数的变化曲线不一定有明显的突变点,此时宜结合塑性区分布及其发展历程共同确定洞室安全系数。基于最小二乘法的二次多项式对隐含关系显示表达,利用遗传算法对洞群各二衬厚度进行优化,既可达到一定的拟合精度也能得到较理想的优化结果。     

深埋硬岩隧道初期支护劣化过程衬砌力学特性试验研究

 通过室内相似模型试验对深埋硬岩隧道的开挖、支护及初期支护的劣化过程进行模拟,就初期支护劣化过程中的二次衬砌的荷载、位移及内力的变化规律进行深入研究。研究结果表明,二衬的内力随喷射混凝土的劣化呈现出相对稳定的增加,而随着锚杆的劣化呈现出明显的阶段性增加,而且锚杆的劣化相比较于喷射混凝土的劣化对二次衬砌的影响更为明显;总体上二次衬砌的荷载、位移及内力的增加都呈现出先缓慢增加,后快速增加,而后又趋于稳定的变化规律,拱顶及边墙是受力变化最为明显的区域,通过检算,衬砌的安全性是远远满足规范要求的,结构有较大的安全冗余度,可见当前的设计是偏于保守的。     

含水率对粉质黏土隧道稳定性的影响机制

粉质黏土地层含水率变化范围大、力学性能受含水率影响大，在该地层中修建隧道含水率对隧道稳定性影响极大。基于以上背景，依托杨(柳)宣(威)高速公路大营坡隧道，开展含水率变化对粉质黏土隧道稳定性的影响研究。首先分析大营坡隧道失稳段的变形特征及其变形机制，通过三轴压缩试验得到不同含水率粉质黏土的力学参数；其次基于试验数据应用数值计算方法，研究考虑隧道周边不同区域粉质黏土含水率变化对隧道稳定性的影响机制；最终提出粉质黏土隧道失稳判别基准。研究结果表明：(1)该地区粉质黏土具有较强的水敏性，力学性能随含水率升高显著下降，含水率达到40%时，其抗剪强度与弹性模量仅为含水率15%时的10%～20%，含水率的上升造成隧道的整体沉降，大营坡隧道最大沉降量76.7 cm;(2)粉质黏土隧道稳定性随含水率变化可分为4个阶段：稳定阶段(15%～25%)、预警阶段(25%～27.5%)、报警阶段(27.5%～wcr)及失稳阶段(>wcr);(3)拱脚区域围岩含水率升高导致地基承载力不足而无法提供足够的支护抗力，是造成初期支护整体下沉、错台及严重侵限的主要原因。     

破碎炭质板岩隧道大变形机理模型试验研究

西南地区隧道开挖过程中经常出现大变形的危害，以破碎炭质板岩隧道的变形情况尤为严重。以某新建隧道出现的大变形情况为主要研究内容，通过对隧道变形的规律及特征进行分析，初步确定了隧道变形的主要因素，通过室内模型试验，对地应力的大小及围岩特性进行模拟，得到了不同因素下隧道的变形特征。试验结果表明，地应力对变形的分布规律有一定的影响，但是开挖后应力释放引起的炭质板岩强度劣化及扩容是形成隧道大变形的主因。通过岩样的X射线衍射（以下简称XRD）成分测定分析，得到了该隧道大变形的变形机理，由此提出了隧道大变形的主要措施，供相关隧道的设计及施工参考。