基于太沙基理论的隧道衬砌支护数值模拟

针对某隧道扩建过程中的塌方冒顶,在进行原因分析二段基础上,提出事故临时处理措施及衬砌支护方案,基于结构-荷载法和太沙基理论并结合相关规范构建冒顶后隧道围岩压力计算模型,利用MIDAS-GTS软件对衬砌支护结构强度进行数值模拟分析,结果表明,ZDK-2复合式支护结构安全系数更高,分析结果可为类似井巷工程的支护提供参考。     

黑山寺公路隧道衬砌结构的优化设计

基于传统安全系数经验法,以黑山寺公路隧道衬砌结构为依托工程,进行了隧道衬砌结构的数值模拟计算与作用效应对比,分析得出了隧道衬砌不同截面上的作用效应,并根据隧道衬砌单元安全系数和规范要求进行衬砌结构厚度比选和优化,提出了合理的衬砌结构厚度,为黑山寺公路隧道结构设计提供理论支持。     

高速公路隧道二衬脱空对其结构安全性影响研究

二次衬砌脱空是高速公路隧道最常见的病害之一,对隧道长期健康运营十分不利。从隧道力学的基本概念出发,建立了荷载-结构模式的高速公路隧道衬砌背后空洞病害模型。并根据检测结果,建立了某高速公路隧道衬砌结构安全性评价分析计算模型,计算结果表明:隧道结构病害的存在,改变了衬砌结构的整体刚度和结构的受力状态,直接降低了隧道的安全性。     

地铁区间隧道支护结构极限位移计算模拟

阐述了地铁区间隧道支护结构极限位移的意义、支护结构极限状态及支护结构极限位移的确定方法.以南京地铁区间隧道为例,采用荷载-结构模型,编制有限元计算模拟程序,对该隧道支护结构的极限位移进行了计算模拟;并通过对实测位移与极限位移的比较来判断隧道的稳定性.     

隧道二次衬砌欠厚整治技术探究

二次衬砌厚度不足病害直接降低隧道结构的可靠度。以某隧道为研究对象,对左线和右线二次衬砌厚度不足病害进行整治,从纵向里程变化和横断面不同位置两个方面对病害进行统计分析,采用结构计算软件对衬砌结构受力进行数值模拟以验证整治效果,以期能够为隧道二次衬砌厚度不足病害整治提供借鉴。取得结果如下:(1)在横断面位置上,拱顶处二次衬砌厚度不足病害最严重,且由拱顶经拱腰至拱脚,缺陷率依次减小;(2)在纵向里程上,左线拱顶处ZK125+400~ZK125+800、拱腰处ZK126+200~ZK127+200、ZK127+400~ZK128+200段,右线拱顶处K125+900~K127+800段,左拱腰处K125+400~K126+400,右拱腰处K126+600~K127+600段二次衬砌厚度不足病害最严重,建议加强衬砌质量检测;(3)得到二次衬砌厚度不足病害整治前后衬砌结构的内力及安全系数变化,整治后衬砌结构的承载力明显增强,拱腰和墙脚处安全系数显著增大,十分利于坑道侧壁的受力,证明整治措施有效。     

采动作用下不良地质隧道衬砌结构受力性能分析

为了探究采动作用下不良地质隧道衬砌结构受力性能,选择包含采动作用的不良地质隧道建设区域作为研究对象,安装水土压力计和钢筋应力传感器,根据传感数据分析峰值应力分布、外荷载以及主筋内力分布,明确衬砌结构的受力性能。将采动影响下的地表变形划分为2种类型,计算变形状态下衬砌结构的弯曲轴向应力,获取不良地质隧道衬砌结构的外部垂直荷载值,实现采动作用下不良地质隧道衬砌结构受力性能分析。采动作用下隧道衬砌结构底部轴向力包含3个峰值应力,两侧-50~50 m区域、350~450 m区域存在2个较小的峰值应力,而中间150~250 m区域存在较大的峰值应力。不良地质隧道衬砌结构,受到采动影响后呈现出受力不均匀的特点,具体显示为中间受力大、两侧受力小。     

爆破荷载作用下新建与既有隧道支护结构动力响应研究

系统研究爆破冲击同时对新建隧道和既有隧道支护结构动力影响具有重要意义。以某隧道接近既有隧道为例,建立爆破施工对既有隧道和新建隧道支护结构的影响三维模型,利用高能炸药材料模型及JWL状态方程来模拟爆破荷载作用下既有隧道的动力响应特性,结合LS-DYNA显式动力分析程序和多物质流固耦合算法较为准确地对新建隧道的爆破机理进行数值模拟,对爆破荷载作用下既有隧道二次衬砌与新建隧道初期支护的动力响应规律展开研究,得到了不同工况下新建隧道二衬和既有隧道初支在不同时刻的振速分布规律、位移变化云图。结果表明:不同围岩等级既有隧道二次衬砌的动力响应规律十分相似,爆破冲击波最先传到既有隧道二次衬砌上迎爆侧边墙上,既有隧道二次衬砌结构上质点沿X方向振速峰值最大,衰减较快。当距离掌子面一定距离后,新建隧道拱脚处振速峰值超过拱顶位置,不同位置振速大小依次是拱脚拱顶拱腰。初期支护上质点X、Y、Z 3个振动方向中沿Z方向即隧道中心线方向振动较大,衰减较快。炸药起爆后,新建隧道初期支护上不同位置在爆破冲击波的作用下,沿着掌子面往洞口方向依次发生振动,同一断面上,拱顶和拱脚位置振速较大,施工中应加强监测。     

V级围岩小净距隧道二次衬砌支护荷载分担比优化研究

以某V级围岩小净距隧道为研究对象, 借助数值分析手段寻求小净距隧道在多种荷载分担比组合下的力学行为特征, 研究了先行洞和后行洞围岩支护的荷载分担比优化问题。结果表明, 先行洞在围岩和初期支护共同荷载比不变的情况下, 围岩相对初期支护承担较小荷载为宜, 二次衬砌荷载分担比的优化值为从大往小趋向60%;后行洞在二次衬砌荷载分担比60%条件下, 二次衬砌支护对地表沉降抑制效果较差, 确定二次衬砌支护荷载分担比的优化值为从大往小趋向70%。研究成果为类似小净距隧道围岩支护荷载分担比优化提供了新的思路。     

爆破荷载作用下新建与既有隧道支护结构

系统研究爆破冲击同时对新建隧道和既有隧道支护结构动力影响具有重要意义。以某隧道接近既有隧道为例,建立爆破施工对既有隧道和新建隧道支护结构的影响三维模型,利用高能炸药材料模型及JWL状态方程来模拟爆破荷载作用下既有隧道的动力响应特性,结合LS-DYNA显式动力分析程序和多物质流固耦合算法较为准确地对新建隧道的爆破机理进行数值模拟,对爆破荷载作用下既有隧道二次衬砌与新建隧道初期支护的动力响应规律展开研究,得到了不同工况下新建隧道二衬和既有隧道初支在不同时刻的振速分布规律、位移变化云图。结果表明：不同围岩等级既有隧道二次衬砌的动力响应规律十分相似,爆破冲击波最先传到既有隧道二次衬砌上迎爆侧边墙上,既有隧道二次衬砌结构上质点沿X方向振速峰值最大,衰减较快。当距离掌子面一定距离后,新建隧道拱脚处振速峰值超过拱顶位置,不同位置振速大小依次是拱脚＞拱顶＞拱腰。初期支护上质点X、Y、Z 3个振动方向中沿Z方向即隧道中心线方向振动较大,衰减较快。炸药起爆后,新建隧道初期支护上不同位置在爆破冲击波的作用下,沿着掌子面往洞口方向依次发生振动,同一断面上,拱顶和拱脚位置振速较大,施工中应加强监测。     

盾构隧道衬砌荷载取值反演分析

以某盾构隧道为例,以现场量测的数据为基础,通过反演模型推算出盾构隧道衬砌计算荷载取值。在此基础上提出了利用反分析方法解决隧道衬砌荷载取值问题的思路,论证了隧道支护结构荷载计算理论的适用性,可供同类隧道荷载计算时参考。     

盾构双隧道衬砌结构应力与变形的数值模拟

为分析盾构双隧道施工周围土体及衬砌结构管片应力和变形规律,结合大连地铁2号线202标段盾构施工工程实例,运用ADINA软件对盾构施工过程进行动态模拟,建立了盾构隧道-混凝土衬砌结构-注浆土体-原状土体三维非线性有限元计算模型,综合考虑了上部土体的岩性分层,隧道施工间的相互影响,衬砌、注浆土体和原状土体之间共同作用,盾构施工、土体注浆及衬砌支护的动态过程。通过数值分析,研究盾构双隧道施工周围土体及衬砌管片应力和变形规律,为隧道盾构施工、衬砌管片设计与控制地表沉降提供施工建议。     

衬砌内力计算的有限单元法

随着电算技术应用领域的不断扩大,以有限单元法计算衬砌的内力,逐步为各单位所采用.众所周知,地下结构除承受主动荷载作用外,还承受一种被动荷载,即地层的弹性抗力.利用有限单元法计算在外荷载作用下衬砌结构产生的内力时,定量计算围岩衬砌结构变形的约束作用有两类方法.第一类方法,引用局部变形理论,利用弹性链杆考虑围岩对衬砌结构受力变形的影响;第二类方法,将衬砌结构、回填层及围岩都离散为有限单元,共同形成在外荷载作用下互相制约     

姜公庙隧道支护结构受力状态监测及其分析

针对隧道支护结构的受力问题,采用现场监测分析等方法,对隧道围岩与一次衬砌,一次衬砌与二次衬砌之间的接触压力,格栅拱架的钢筋轴力等进行监测及分析.结果表明:由于拱顶下沉变形量较大,拱顶的力向下传递,造成接触压力最大之处在拱肩、拱脚,而拱顶处压力值偏小;在混凝土强度尚未完全形成时格栅拱架已经开始承受较大的荷载;在较破碎的围岩体中,一次衬砌承担大部分的压力,作为安全储备的二次衬砌也承担了部分压力.     

平行地裂缝地铁隧道土压力计算方法

针对西安地铁三号线工程部分区间段存在近距离平行西安地裂缝的工程现象,通过力学解析方法对地铁隧道所受土压力进行分析。在建立平行地裂缝地铁隧道力学模型的基础上,根据所取计算单元的极限平衡条件推导得到隧道竖向土压力和水平土压力,并通过拟静力化的方法对地震作用进行简化,分析地震动荷载作用下隧道土压力特征。计算结果表明,地裂缝活动导致上盘产生竖向土压力减小区,而下盘出现竖向土压力增大区。根据规范推荐的方法对平行地裂缝的地铁隧道进行设计是合理的。     

羊栈岭隧道维修加固方案的力学计算分析

羊栈岭隧道围岩软弱破碎，采用钢支撑进行补强加固。根据隧道的断面建立了相应的计算模型，采用荷载结构法对衬砌内的应力进行计算，并基于该计算结果对加固后隧道的稳定性进行了校核。     

淮北市西山路隧道衬砌设计

本隧道采用复合式衬砌方式 ,设计在对隧道不同地段进行荷载计算的基础上 ,对复合式衬砌的内外层支护分别进行了理论计算 ,并与工程类比法相结合确定衬砌支护参数。     

爆炸荷载作用下隧道泡沫铝防护效果数值模拟研究

为研究泡沫铝在隧道中的抗爆防护效果,本文采用有限元显式分析方法,考虑土与结构的相互作用,建立了包含地层、隧道、泡沫铝保护层以及空气层等部分的三维有限元模型,针对保护层厚度为0 cm、15 cm与20 cm三种情况在隧道中心150 kg TNT爆炸荷载作用下的隧道力学响应进行了数值模拟研究。为克服以往研究将作用在隧道爆炸波荷载简化为三角形荷载导致的计算偏于危险的不足,本文采用替代波源层模拟爆炸波荷载,作用于替代波源层的爆炸波荷载根据炸药当量、炸药距离计算。替代波源层与隧道衬砌结构之间设置空气层,空气层厚度根据经验取为隧道半径的24%。采用该方法模拟爆炸波荷载,既能模拟爆炸波在隧道内部的多次反射,又能大幅提高计算速度与精度。基于数值模拟结果,分析了不同爆炸荷载作用下隧道结构及周围土体的动力响应规律,从爆炸波压力、爆炸波冲量、加速度反应及土体液化等角度探讨了不同厚度泡沫铝层的爆炸防护效果。分析结果表明,泡沫铝衬里可有效吸收爆炸波能量,有效减少隧道结构损伤,10 cm厚泡沫铝防护层可降低爆炸波冲量17%;随泡沫铝厚度增加,隧道结构及周围土体的加速度、速度、变形降低效果明显;远离炸药的区域,爆炸...     

淮北市西山路隧道衬砌设计

本隧道采用复合式衬砌方式，设计在对隧道不同地段进行荷载计算的基础上，对复合式衬砌的内外层支护分别进行了理论计算，并与工程类比法相结合确定衬砌支护参数。     

地铁盾构隧道与邻近深基坑开挖相互影响分析

为了研究地铁盾构隧道对邻近深基坑围护结构在不同施工工况下的受力和变形特征的影响,深基坑开挖施工对邻近盾构隧道衬砌结构受力和变形特征的影响,基及坑、周围土体和邻近隧道结构的相互作用机理,本文采用岩土有限元分析软件MIDASGTSNX,对盾构隧道侧穿邻近深基坑开挖工程进行仿真模拟,计算得到了不同工况条件下地下连续墙的水平侧移和受力变化特点、内支撑的受力特点,并将其与无邻近隧道时的计算结果进行对比,对基坑开挖前后邻近隧道衬砌结构的受力特征进行了分析。通过计算分析得到了深基坑开挖与邻近盾构隧道结构相互作用的力学特征,研究结果可以为深基坑和盾构隧道设计施工中的风险控制提供借鉴。     

冻胀力对寒区隧道衬砌结构影响及其防治措施

冻胀力对寒区隧道衬砌结构的影响及其防治对策一直是我国寒区隧道工程科研难点与重点，是寒区隧道工程建设和运营面临的严峻挑战。分析了冻胀力产生的机制，从理论分析、数值计算和现场实测等方面讨论了冻胀力对寒区隧道衬砌结构的影响特点．总结了目前所采用的冻胀防治措施。