考虑隧底隆起斜坡段浅埋隧道稳定性上限分析

采用极限分析上限法,基于内外能耗守恒原理,通过构建考虑隧底隆起的斜坡地段浅埋隧道破坏模式,推导出围岩压力的计算式,并通过典型算例重点分析了典型因素对隧道围岩稳定性的影响。研究结果表明:基于泰沙基极限平衡法进行隧道围岩支护设计较为保守,不考虑隧底隆起的极限分析方法次之考虑隧底隆起极限分析方法的风险最大;斜坡地表倾角增大对浅埋隧道稳定性有着不可忽视的不利影响;围岩压力随岩土侧压力系数减小、埋深增大、断面尺寸加大而增大;岩土黏聚力增大、内摩擦角增大对提高浅埋隧道围岩稳定性有积极作用。     

浅埋隧道围岩压力计算方法

提出一种基于位移反分析法原理的浅埋隧道围岩压力计算方法,该方法克服了传统计算方法依赖于经验围岩力学参数的不足。通过分析双侧壁导坑法中隧道的截面结构,提出合理假设并建立力学模型,然后建立新的侧壁、围岩的收敛变形与围岩压力之间的关系,由现场监测数据整理得到收敛变形反算求得水平围岩压力与垂直围岩压力,并以祥岭隧道为例,对该方法进行验证。研究结果表明:(1)基于位移反分析原理推导的围岩压力计算方法,利用现场监测数据反算求得围岩压力相较于规范依赖经验参数的计算方法,更准确、更能代表隧道的实际围岩压力;(2)在实际工程施工中,相较于围岩力学参数,隧道的收敛变形数据更易获得,计算更方便;(3)对祥岭隧道进行实例计算求得的围岩计算摩擦角以及最后求得的围岩压力都在规范推荐范围之内,说明本文的计算方法是可行的。该计算方法在隧道工程实践中,对于准确计算隧道开挖过程中的围岩压力以保证施工的安全、顺利完成有重要意义。     

考虑粘聚力的浅埋隧道围岩压力计算方法

针对浅埋隧道既有围岩压力理论计算中考虑因素较少且计算结果差异显著的问题，在既有理论基础上，建立了考虑土体粘聚力、内摩擦角、侧压力系数和静止土压力系数的浅埋洞室假定破坏模型，推导出误差较小且适用于浅埋隧道围岩的压力计算公式，通过工程实例验证了该理论的合理性，并分析了单一参数变化对围岩压力的影响规律。结果表明：实测围岩压力值与既有理论围岩压力值对比，理论计算的围岩压力与实测值的误差最小；围岩压力随隧道埋深增大表现为先增后减的二次抛物线形规律，随土体的内摩擦角、粘聚力和土压力系数的增大表现为线性减小的规律。     

浅埋偏压小净距隧道围岩压力分布与围岩控制

根据浅埋偏压小净距隧道受力特点,研究推导了考虑施工工序及地形坡度的浅埋偏压小净距隧道围岩压力计算公式。分析了考虑不同地形坡度及同一坡度不同埋深2种工况下地形坡度及埋深对围岩破裂范围、水平侧应力、拱顶压力的影响规律,并指出了浅埋偏压小净距隧道围岩压力在考虑地形坡度下与水平地表下分布规律的差异,建立了3DEC数值模型以对上述理论规律进行验证,结果表明,数值分析规律与理论推导计算规律相吻合。将理论计算公式应用于马嘴隧道出口浅埋段隧道稳定性计算,由计算所得围岩稳定性系数及现场隧道变形监测结果提出隧道围岩及地表稳定性处理措施。     

浅埋偏压小净距黄土隧道施工过程围岩压力分析

为解决在特殊地形条件下线、桥、隧的良好衔接和线路规划等问题,小净距隧道作为一种新型隧道结构能够适应比较复杂的地形,近些年来得到广泛应用。以某公路隧道为研究背景,通过建立浅埋偏压小净距隧道左、右洞相互扰动的围岩压力计算模型,结合相关规范推导了隧道施工过程中围岩压力计算公式以及适用条件,并对隧道各参数的变化对围岩压力的敏感性进行了研究。结果表明：(1)后行洞的开挖会使先行洞拱顶垂直压力变大,侧压力和水平压力减小;(2)双洞外侧围岩侧压力系数受围岩计算摩擦角、中间岩柱两侧摩擦角和偏压坡角的影响,而双洞内侧围岩的侧压力系数还受隧道埋深和净距的影响;(3)隧道拱顶垂直压力的分布受到隧道埋深、偏压角度和侧压力系数的影响,但是受到隧道埋深的影响最大;(4)隧道围岩水平压力的大小受到隧道侧压力系数和隧道埋深的共同影响,但是隧道埋深占主要作用,埋深越大,隧道受到的水平压力越大。     

浅埋矩形隧道围岩压力上限分析及可靠度计算

考虑浅埋暗挖法施工矩形隧道,由于隧道埋深浅,一般会受到建、构筑物等地表荷载的影响,采用极限分析上限法推导出受地表荷载和孔隙水等荷载作用下的围岩压力表达式。结合序列优化法和Matlab优化工具,计算得到围岩压力的上限解。考虑土体参数以及荷载的离散性,运用可靠度方法对支护力进行失效概率分析。分析了侧压力系数、黏聚力、内摩擦角、埋深、孔隙水压力及地表荷载对围岩压力的影响,通过计算表明,侧压力系数对拱顶、边墙的围岩压力有较大的影响,并且差异性很大,建议区别计算拱顶和边墙的围岩压力。此外,参数的统计特征对浅埋矩形隧道支护力也有较大的影响,特别是变异系数,应提前做好勘测、统计工作。并针对3种不同的安全等级,给出了浅埋矩形隧道的最小安全系数和最小支护力,为其支护设计提供参考。     

浅埋双侧偏压小净距隧道衬砌荷载及其参数敏感性分析

为了研究浅埋双侧偏压小净距隧道开挖的破坏模式及衬砌荷载分布规律,通过现场调研和数值模拟的方法对4种典型计算模型进行分析,分别获得了该类型隧道先行洞开挖和双洞开挖后隧道的破坏模式。然后针对该类型隧道的破坏特点,在基本假定的基础上建立了浅埋双侧偏压小净距围岩压力计算的力学模型,并结合公路隧道设计规范中有关成果,推导出能够考虑隧道左、右洞先后施工过程的隧道围岩压力计算理论。此外,通过数值模拟的方法对该类型隧道的围岩压力计算参数进行敏感性分析,获得了各计算参数对该类型隧道围岩压力的敏感性影响规律。     

连拱隧道围岩压力计算方法与动态施工力学行为研究

由于双连拱隧道的多分部开挖支护的结构荷载转换过程多,围岩应力变化和围岩与结构相互作用关系复杂,目前在设计、施工中仍然存在一些问题:(1) 勘察设计围岩分类与施工揭露实际围岩级别常有差异,并难以实现及时变更.(2) 尚无满足连拱隧道特点的围岩压力理论,特别是在浅埋偏压条件下围岩荷载估计偏差较大.(3) 施工中经常出现支护失效、衬砌裂缝及渗漏泄水等工程安全、质量问题.针对连拱隧道中的问题,进行围岩压力计算方法和动态施工力学行为研究,主要研究成果有:(1) 对于连拱隧道,围岩塑性区受中墙及施工方案影响较小,主要与最终开挖跨度有关.在计算荷载时要考虑最不利工况,连拱隧道坑道宽度取整个连拱隧道的宽度是合理的,偏于安全的.(2) 应用比尔鲍曼理论求得塌落拱曲线方程,然后用作图法在连拱隧道外侧作一个切线与以地形的坡度求出的塌落拱曲线方程的切线相平行,两平行线的距离即为地形偏压临界覆盖厚度.运用此方法求得连拱隧道大跨度条件下的偏压连拱隧道地形偏压临界覆土厚度,为偏压连拱隧道设计提供可靠依据.(3) 针对连拱隧道断面远大于单线隧道,围岩压力大于按单线隧道宽度修正结果所出现的问题,提出对于大跨度双连拱隧道,在极浅埋、浅埋条件下,仍然分别采用全土柱理论荷载和谢家烋理论荷载;在深埋条件下,推荐双连拱隧道竖直地层压力采用适合双连拱大断面隧道特点的修正比尔鲍曼理论围岩压力计算公式.(4) 对于浅埋偏压连拱隧道,不仅要考虑非对称的地层主动荷载,还要调整浅埋侧地层被动荷载,提出浅埋偏压连拱隧道地层主动偏压荷载和被动不均匀荷载确定方法及地形偏压情况下隧道支护结构的合理计算方法,并求得不同坡率、不同围岩级别条件下浅埋侧土体的弹性抗力系数的合理取值,为设计中偏压连拱隧道采用荷载结构模式计算时浅埋侧土体的弹性抗力系数取值提供参考.(5) 在充分吸收国内外围岩分类经验的基础上,针对隧道施工期间的现场围岩判别特点与要求,提出一种现场围岩快速评价方法,该方法以定量与定性指标相结合,现场观察、量测及快速评价.另外针对隧道围岩实际力学指标难以获取的难题,提出应用围岩Q指标和现场点荷载强度推测围岩物理力学参数的方法,并结合围岩快速评价结果,综合确定隧道围岩实际力学指标.(6) 对于浅埋偏压连拱隧道,侧导洞应该先开挖深埋侧侧导洞,而主洞应该先开挖浅埋侧主洞;而对于非偏压连拱隧道,在围岩条件较好时主洞开挖可采用上下台阶法,且主洞开挖合理的工作面间距应约为2.0D～3.0D(D为单拱跨度);在中隔墙完成后,部分回填,使正洞初期支护能直接作用在中隔墙上,不仅有效提高支护整体刚度,还使中隔墙受力更合理,改善中隔墙受力状态.经富溪偏压连拱隧道工程施工与现场监测结果检验,提出的连拱隧道坑道宽度取值、偏压连拱隧道深浅埋分界、围岩主动压力与围岩被动压力计算方法、现场围岩级别快速评价以及施工方法正确合理,可为工程建设提供重要技术支持和经验.     

岩土参数反算在工程应用中的分析

由于岩土体的复杂性和室内外试验的不确定性,在选定物理力学参数时存在许多实际困难,综合考虑各种因素的影响,基于传递系数法来反算边坡稳定性强度参数,选取合理的计算参数对边坡稳定性进行分析。数值分析结果表明,岩土体强度参数内摩擦角φ和黏聚力c对边坡稳定性影响较大,且内摩擦角φ较黏聚力c对边坡稳定性更为敏感。反算分析方法对完善岩体工程问题的设计理论起到重大的指导作用。     

浅埋小净距隧道围岩压力计算与监测分析

以<公路隧道设计规范>(JTG D70-2004)为基础,结合小净距隧道的特点,对浅埋小净距隧道的围岩压力进行理论分析和探讨,提出考虑隧道双洞先后施工过程的围岩压力分析模型和计算方法.通过算例分析围岩压力分布规律及其影响因素,指出浅埋小净距隧道围岩压力分布的偏压特征,即隧道内侧垂直压力大于外侧,内侧侧压力小于外侧.最后通过工程监测实例对理论计算结果进行对比分析和验证,表明理论计算公式和分析模型的合理性,并提出以相对最不利的先行洞偏压状态围岩压力值进行支护参数设计的建议.研究工作可为今后围岩压力分析计算和隧道结构设计提供有益的借鉴和参考.     

考虑主应力偏转的土体浅埋隧道支护压力研究

传统方法计算浅埋隧道支护压力时,未考虑上覆土体主应力偏转过程,与实际情况不符且计算结果不准确。为真实分析和计算浅埋隧道支护压力,以砂土为研究对象,首先概括浅埋隧道围岩破坏模式,在此基础上分析隧道上覆土体主应力偏转过程和应力状态,得到水平微分土层平均竖向压力与侧向压力和层间平均剪切力的定量关系,进而建立水平微分土层受力平衡方程求解上覆土体竖向压力。最后以隧道侧面滑移土体为对象,通过受力平衡方程求解获得支护压力表达式。新方法考虑了上覆土体主应力真实偏转过程,较传统方法更符合实际,研究结果表明:距离隧道顶部中心线越远,水平正应力与大主应力比值越小;随着土体内摩擦角的增大,竖直正应力与大主应力比值呈现先减小后增大的规律。与模型试验结果对比表明:当隧道埋深较浅时,新方法计算所得支护压力与模型试验结果高度吻合,优于不考虑主应力偏转方法计算结果和半经验性的Terzaghi方法计算结果,从而验证了该方法的有效性,可为浅埋隧道支护设计提供一定理论依据。     

V字形地表浅埋隧道围岩松动压力计算方法

基于水平地表和倾斜地表浅埋隧道围岩松动压力的计算方法,对V字形地表浅埋隧道构建力学简化模型,并推导了围岩松动压力计算理论公式。结果表明,围岩垂直松动压力与偏移量t呈二次函数关系:当偏移量t满足0≤t≤B/2时(B为隧洞净跨),随着偏移量的增加,V字尖端左侧围岩垂直松动压力增大,V字尖端右侧围岩垂直松动压力减小;当偏移量t≥B/2时,随着偏移量的增加,隧道完全偏向V字尖端的一侧,此时隧道相当于处于倾斜地表下,围岩的垂直松动压力会持续增大;V字形浅埋隧道总的围岩松动压力呈增大趋势,随着斜直面上的侧压力系数λ增大,围岩的总压力也随之增大。隧道水平松动压力与偏移量呈一次函数关系,随着偏移量的增大,V字尖端左侧隧道水平松动压力增大,V字尖端右侧隧道水平松动压力减小,隧道左右受力不均匀,隧道结构不稳定,可以通过推算的偏移量与松动压力间的关系进行有效加固。     

浅埋偏压隧道围岩压力上限法解析解

结合室内模型试验结果和相关联流动法则,构建了浅埋偏压隧道破坏模式以及与之相对应的速度场,根据虚功率原理推导得到了浅埋偏压隧道围岩压力的极限上限解,并进行实例验证和适用性分析。结果表明:推导得到的浅埋偏压隧道围岩压力极限上限法计算结果与既有"规范法"计算结果及试验结果较为接近,说明该方法是可行的;从深、浅埋侧荷载差值而言,当前的"规范法"低估了浅埋偏压隧道围岩压力的偏压特性,是欠安全的;当埋深h12D,或h1≥2D且偏压角度α45°时,采用上限法、或上限法与"规范法"两者的平均值更为合理;当埋深h1≥2D且偏压角度α≥45°时,采用"规范法"更为合适。     

基于双系数强度折减法的隧道稳定性探究

传统强度折减法在隧道与地下工程中应用越来越广泛,但是对黏聚力与内摩擦角采用同一系数折减并不能真实反映围岩强度参数发挥程度和衰减程度。文章拟对某一隧道的黏聚力和内摩擦角分别采用不同的折减系数,辅以Flac3D软件建立数值模型进行计算分析。结果表明:对隧道围岩岩土体抗剪强度指标采用不同的配套原则进行折减,所求极限状态对应的两个折减系数可以反映围岩强度参数的发挥程度,综合折减系数与单系数强度折减法所得结果差距不大,可以作为隧道稳定性分析的依据,是在传统单一系数折减法隧道稳定性判定基础上的补充。     

松散岩体竖向压力计算方法剖析及隧洞深浅埋划分方法研究

 松散岩体中洞室衬砌结构设计时围岩压力的计算主要根据土体理论建立起来的松散介质理论公式,但目前规范中并未明确规定松散岩体对应的围岩等级,使得公式在现有围岩分级下应用计算结果出现负值;同时现有公式应用中的一个重要问题--深浅埋的划分仍无定论,造成在应用上的混乱。以城门洞型洞室为分析对象,将现有计算方法分为浅埋洞室计算法与深埋洞室计算法,针对各公式建立时的不同假定,得出浅埋洞室下几种计算方法的差异在于受力分析方法、抗剪强度理论的应用及两侧楔形体对土柱侧压力的求解方法,进一步分析得出在现有围岩分级下应用太沙基法、谢家烋法及比尔鲍曼法时竖向荷载不出现负值的基本洞型条件。综合分析现有的深浅埋划分方法的优缺点,提出介于普氏法与比尔鲍曼法之间的深浅埋划分界限,以洞跨为基准,考虑岩体力学参数的影响,建立全面考虑洞型影响的埋深修正系数拟合公式。     

重庆轨道交通四号线头塘地铁站围岩压力分析

以重庆轨道交通四号线头塘车站为工程背景,地铁车站属于特大断面浅埋隧道,首创采用预留T字岩梁岩柱隧道施工方法,应用全土柱理论、普氏理论、泰沙基理论、比尔鲍曼理论计算了隧道施工全断面开挖完成后不同埋深工况下围岩的垂直压力、水平压力,分析得出泰沙基理论的计算结果适合于该工程,应用小净距隧道围岩压力理论,计算了T字型断面形成后不同埋深工况下围岩的垂直压力、水平压力。理论分析了隧道施工过程中形成T字型断面以及全断面时顶板的最大拉应力、最大挠度,并计算了隧道顶板不垮落离层时需要的最小支护反力,研究结果为车站施工、支护结构安全提供理论支撑。     

降雨作用下浅埋隧道支护参数正交反演分析

为了迅速、准确地评价隧道掌子面前方围岩的稳定性和判断围岩初期支护设计参数是否合理,结合浅埋暗挖土质隧道工程实践,根据现场围岩监控量测位移实测资料,采用正交优化试验法和边界单元正演反算分析方法,对降雨作用下隧道围岩初期支护设计参数的合理性做出判断,得到了较高的计算精度.研究表明,采用正交优化正算反分析边界单元法可以比较准确地反演出降雨作用下围岩-支护系统模型的等效弹性模量、侧压力系数和泊松比等参数及其变化,可以迅速地对隧道掌子面前方围岩的稳定性做出评价,并据此对围岩变形破坏模式进行预测.     

浅埋隧道的地层压力

本文分析了在浅埋隧道施工和运营过程中所发生的山体和衬砌变形现象,推导出浅埋隧道地层压力的计算公式。在垂直压力和侧压力的计算中考虑了土壤粘聚力和内摩擦角、洞顶荷载和地面坡度的影响,也考虑了破裂面抗剪强度在破裂面形成过程中和形成以后的变化的影响。本文方法经过实例验证,基本符合实际;且能解释一些衬砌变形原因,以及粘土质隧道侧压力系数较大的现象。     

山岭公路隧道围岩压力统计规律分析

基于大量公路隧道围岩压力监测数据，分析了垂直围岩压力与隧道开挖跨度、埋深、围岩级别的关系，并和深浅埋隧道法、普氏系数法计算得到的围岩压力进行了对比分析，得到了实测垂直围岩压力值与规范计算值之间的关系。同时，统计分析了侧向压力、侧压力系数及隧道二衬压力在各级围岩级别条件下的分布规律：侧向压力随着埋深及围岩级别的增加而缓慢增长；侧压力系数随着围岩级别的增加逐渐变大，并普遍大于规范值；实测二衬围岩压力荷载分担比例与规范基本相符。     

热力暗挖隧道结构内力计算分析

热力管网地下结构的内力计算模型分为荷载结构模型和地层结构模型。岩土的弹性抗力系数在结构计算中是重要的力学参数,通过自行研制组装的大尺寸地层弹性抗力系数测试系统,根据不同地层的特点在北京地区不同区域的热力工程施工现场,进行原位试验,取得了北京典型地层的岩土力学参数,并根据实测的参数采用有限元分析技术对浅埋暗挖热力隧道结构的内力进行分析,得到隧道衬砌结构内力与地层弹性抗力系数的比例关系,为热力隧道结构设计提供一定的参考。