特长铁路隧道软弱围岩破碎带试验段的现场试验

以新建宝鸡至兰州客运专线的朱家山隧道为背景,开展了软弱围岩断层破碎带条件下特长铁路隧道试验段的2组现场试验,完成了拱顶下沉、水平收敛、围岩压力、初期支护喷射混凝土应力、钢架受力、初支与二衬间压力及二衬混凝土应力等项目的现场测试,并对测试结果进行了详细分析.结果表明:在施工工法及支护参数基本一致的条件下,变质砂岩中隧道变形及受力要大于千枚岩;试验断面隧道变形超过控制标准,需调整施工方案并辅以相应的变形控制措施;围岩压力及初期支护应力受台阶施工影响明显,拱墙二次衬砌施工后,测值趋于稳定;初支承担了部分荷载,使得二衬受力减小;部分位置喷射混凝土出现了受拉开裂现象,部分钢架应力接近材料容许应力,二衬混凝土应力在容许范围内.研究结论以期为类似工程提供借鉴与参考.     

二道垭隧道开挖与支护的数值模拟分析

大量工程实践表明,岩体工程开挖后的应力调整和变形并不是瞬时完成,本文采用大型有限元工程模拟分析软件ABAQUS,模拟二道垭隧道的开挖与支护过程,研究隧道开挖后考虑不同的应力释放比例后再支护时,围岩的变形及锚杆的受力情况. 计算结果表明：对于松软岩层来说,考虑应力释放后再支护的计算结果更好地反映工程围岩的变形和破坏特性.     

高应力软岩隧道施工的时空效应分析

以湖南某高应力软岩隧道为背景,应用有限元软件ABAQUS对其施工的时空效应进行了分析,并对其影响范围及大小进行了研究,结果表明：高应力软岩隧道围岩稳定很大程度上受到隧道的＂空间效应＂及＂时间效应＂的影响,同时指出在施工时应尽早施加初期支护提高围岩自承能力,在围岩变形趋于稳定时施加二次支护坚决抑制软岩的流变所引起的大变形.     

海底隧道穿越断层破碎带预注浆加固稳定性分析

通过三维有限元方法研究当隧道穿越断层破碎带时,采用不同注浆加固材料、不同注浆加固圈厚度对隧道围岩及初期支护受力和变形影响.得出:围岩未采取注浆加固时,塑性破坏主要集中在正常围岩与断层破碎带的过渡段;采取注浆加固措施后,破坏除发生在正常围岩与断层破碎带过渡段外还发生在各注浆加固段间的衔接处;对围岩进行注浆加固后,隧道拱顶最大沉降减小了一半多.同时,随着注浆加固圈厚度或刚度的增大,隧道拱顶位移、塑性变形的大小和分布区域、初期支护内的最大主应力都会相应的减小;通过改变注浆加固范围和注浆加固参数都可以实现对隧道的变形和受力的有效控制,两者在加固隧道围岩方面具有等效作用.     

深埋软岩隧道不同施工工法力学效应分析

针对穿越软岩地段深埋隧道施工易坍塌的状况,在支护结构类型和参数一致的情况下,采用有限差分程序FLAC3D分别对四种工法(全断面法、台阶法、预留核心土法以及单侧壁导坑法)下隧道的掘进过程进行了三维数值模拟.分析了洞周围岩和支护结构在各种工法下的力学响应规律,并重点探讨了洞周围岩特征点位移、掌子面稳定性以及支护结构受力等效应.根据计算结果对上述四种工法进行了优选,并得出以下结论:从围岩变形及受力方面分析,单侧壁导坑法最优;预留核心土法更适合于深埋软岩隧道的施工;高应力大变形条件下,仰拱处变形应作为围岩稳定判据的关键因素之一;深埋隧道开挖过程中,竖向应力对支护结构影响较强,水平应力对支护结构影响较弱.     

深埋交叉隧道动态施工力学行为研究

分离式独立双洞之间的横通道开挖,再一次引起主隧道围岩和支护结构的应力释放与重分配,引起交叉段附近岩体与支护结构力学行为发生变化。结合高地应力区深埋隧道工程,通过3D弹塑性有限元数值仿真模拟,分析横通道不同施工方案和动态施工过程对主隧道围岩与初期支护结构力学行为的影响。分析结果显示,横通道的开挖对围岩应力和位移影响较大,对交叉侧主隧道侧壁初期支护应力及交叉对侧主隧道侧初期支护3σ和XY平面的剪应力影响较大。为深埋隧道交叉段监控量测系统的设计、施工方案优化及安全控制提供了依据。     

不同长度注浆锚杆支护效果及围岩变形曲线规律

为了探究注浆锚杆支护作用效果,以吉林甄峰岭隧道已出现大变形的软弱围岩区为例,分析了不同注浆范围条件下隧道循环进尺开挖后围岩变形规律.根据大变形区域实测位移进行反演分析,获取隧道围岩真实力学参数,分别对不同注浆锚杆施工支护方案进行循环进尺开挖计算,获得了各方案下隧道各位置位移变化曲线,并采用单元安全度方法对计算结果进行评价.结果表明,目标工程的注浆锚杆最佳应用长度为3 m,其作用效果主要体现在对急速变形阶段变形量的控制.     

二道垭隧道开挖与支护的数值模拟分析

大量工程实践表明，岩体工程开挖后的应力调整和变形并不是瞬时完成，本文采用大型有限元工程模拟分析软件ABAQUS，模拟二道垭隧道的开挖与支护过程，研究隧道开挖后考虑不同的应力释放比例后再支护时，围岩的变形及锚杆的受力情况．计算结果表明：对于松软岩层来说，考虑应力释放后再支护的计算结果更好地反映工程围岩的变形和破坏特性．     

偏压隧道CD法导坑开挖顺序数值分析

根据隧道开挖与支护过程中围岩应力变形规律,提出"二次平衡"概念.基于浙江省境内一偏压公路隧道的设计、施工以及地质情况,采用有限元软件ADINA模拟CD法不同顺序开挖导坑的施工过程,对比分析地面、围岩位移以及初期支护和二次衬砌的最大主应力.结果表明:地面沉降以及围岩最大位移都与导坑开挖顺序有关.从埋深大的一侧开挖导坑比从另一侧开挖导坑初期支护最大主应力小21.6%,二次衬砌最大主应力小35%.拱底是支护结构的薄弱部位,在设计、施工时要引起足够的重视.最后经过综合分析,确定了从埋深大的一侧导坑开挖为优选方案,可为同类隧道的设计、施工和研究提供有益的借鉴和参考.     

公路隧道炭质板岩变形规律及蠕变特性研究

针对深部高应力下大跨度隧道围岩大变形问题,开展了大变形支护方法、围岩变形测量和围岩蠕变特性实验研究工作.首先在木寨岭隧道选择相似地质区段,提出采用恒阻大变形锚网索(Negative Poisson’s Ratio,简称NPR锚索)支护方案对隧道围岩进行支护;然后,试验段内每隔5 m设置1个监测断面,每个断面设置5个测点,对围岩变形量进行连续测量;接着,通过两种方案施作条件下围岩变形量的对比分析,判断NPR支护方法的可行性;最后,建立木寨岭隧道典型炭质板岩的Burgers蠕变模型,通过"室内蠕变实验解"和"Burgers蠕变模型解析解"的对比分析,判断蠕变模型的科学性.现场试验结果表明:木寨岭隧道采用NPR锚网索耦合支护后,围岩最大变形量有效控制在350 mm以内,无破坏现象.蠕变实验解和理论解析解显示两个结果具有较高的拟合度,进而研究了木寨岭隧道薄层炭质板岩蠕变特征与板岩层理角度及含水率的关系,得到在不同含水率条件下炭质板岩蠕变规律方程.     

输水隧道流-固耦合地震反应研究

目的为了研究在考虑介质的辐射阻尼的情况下，穿越软土地区的浅埋大管径输水隧道在内水作用下。其水体晃动、阻尼系数、地震激励方向、内水压力、围岩种类、围岩和衬砌的非线性以及衬砌的厚度对衬砌的地震响应的影响．方法根据流固耦合原理建立内水-衬砌-围岩三者的运动方程。以一穿越河底的输水隧道为例，采用三维流固耦合有限元程序对其进行地震反应分析．其中管内水体采用基于势的流体单元．结果经分析得出其中水体晃动、地震激励方向、高内水压力、围岩种类，围岩非线性及衬砌的厚度都对衬砌的地震响应的影响很大．结论采用有限元理论分析了对衬砌的地震响应有影响的几个因素，为工程设计与施工提供了可靠的理论依据．     

水工隧洞砂岩段围岩环形开挖预留核心土法受力分析

宁夏沙坡头水利枢纽北干渠输水隧洞砂岩段属V类围岩,岩体自稳时间短,自稳程度差,因此需要通过数值模拟对隧洞施工方法进行分析．设计采用环形开挖预留核心土法进行开挖支护施工．利用ANSYS有限元软件,采用Druck—Prager弹塑性模型对隧洞分部开挖支护施工过程进行模拟,分析了施工各阶段的应力和变形情况,从拱顶位移、应力分析和塑性区分布来看,砂岩段采用环形开挖预留核心土法施工是可行的．为保证掌子面稳定,建议在施工过程中,对预留土体进行加固．     

明月山隧道台阶法动态施工数值模拟研究

结合明月山隧道工程地质和设计情况,以解决上下行分离式隧道台阶法施工技术为出发点,应用有限元软件为计算手段,对隧道施工进行了数值模拟,并对模拟结果进行了深入分析,找出了隧道施工中围岩及支护结构的应力应变变化规律,可以为工程设计的精确性分析提供合理的依据。     

乌鞘岭特长隧道F7断层正洞二次衬砌安全性评价研究

乌鞘岭隧道穿越F7断层时,由于隧道埋深大、断层岩体破碎、围岩自稳能力弱等原因,开挖后产生较大变形,且长时间不能收敛,故在此条件下施做的二次衬砌结构的安全性也值得进一步的探讨.通过现场监测手段,对实测数据进行回归分析处理,并结合数值模拟计算分析,对已施工的二次衬砌结构安全性进行了全面的评价,结果认为,目前阶段正洞二次衬砌结构的设计参数是可行和安全的,服务年限内隧道仰拱处则需采取进一步的加强措施.     

开孔卸载对巷道围岩承载拱的影响

本文论述了围岩承载拱的一般知识，并通过巷道开孔卸载的弹塑性有限元计算，指出卸载孔起到改变巷道和承载拱形状、保护巷道周边围岩和进一步发挥外部围岩承载力的作用．     

有限元在水下隧道最小安全顶板厚度中的应用

地下工程围岩稳定分析计算中断层材料参数与岩体材料参数相比，差异很大从而导致计算不容易收敛等特点提出了相应的非线性有限元方程组的求解策略。模拟了某拟建中水下公路隧道，在不同隧道顶板厚度时的围岩应力、位移、塑性区的分布及大小。通过比较得出最合理的最小安全顶板厚度，对同类工程有很大的参考价值。     

导流隧洞外水压力与施工冷缝的影响分析

采用有限单元法代替传统的综合折减系数法,对某导流隧洞的渗透水压力进行了计算分析.计算表明对于完整衬砌结构,当围岩渗透系数远大于衬砌渗透系数时(1000倍以上),隧洞对山体地下水位的影响甚小,外水压力折减系数可以达到0.87以上,当围岩渗透系数与衬砌渗透系数相当时(1~10倍),隧洞对山体地下水位有较大扰动,外水压力折减系数在0.3以下.同时计算表明衬砌施工冷缝张开时排水效果显著,能显著降低隧洞周边的渗透水压力,但造成局部渗透水压力梯度明显增大.     

极限分析有限元法在节理裂隙隧洞中的应用

通过对节理裂隙隧洞非线性有限元模型进行强度折减,使隧洞达到不稳定状态,有限元计算将不收敛,此时的折减系数就是地下洞室的安全系数.同时折减岩体强度和结构面强度、只折减结构面强度,两种情况下得到的安全系数是一致的.将围岩塑性应变发生突变时的塑性区各断面中塑性应变值最大点的位置连成线得到了节理裂隙隧洞的破裂面.通过以上工作,评价了节理裂隙隧洞的稳定性和设计合理性,得出了几点有益的结论.