不对称连拱隧道现场监测与分析研究

介绍了马宅项不对称连拱隧道新奥法施工过程中现场监测的项目、手段及方法。基于监测结果，分析了不对称连拱隧道围岩和支护系统的变形及受力特点，获得围岩的动态信息以指导施工，为支护体系的优化提供依据，并对监测结果进行了讨论，可为日后同类工程的设计、施工和监测提供有益的借鉴。     

基于不完全土拱效应的土工格栅加固机制与设计方法

 假设理想条件下的倾斜滑移面,根据路堤底部产生的相对位移?下的土工格栅膜效应,利用莫尔圆推导出在土工格栅不同挠曲变形时土体中剪应力的计算公式,根据应力平衡条件得到路堤土的应力–应变状态。这种剪应力没有达到屈服状态时路堤土中应力调整即应力重分布现象称为“不完全土拱效应”。同时,设计以水袋泄水模拟路堤底部产生差异沉降的大型模型试验,分别监测路堤特定位置处的沉降、静止土压力以及铺设的土工格栅的轴向拉应变,代入模型计算并且与现有的几种设计理论比较。结果显示：Terzaghi方法与Handy方法的应力计算都不考虑差异沉降的过程,由于对侧向应力系数的定义不同,前者的竖向应力结果偏小而后者偏大;对于土工格栅的轴向拉应变,Giroud方法计算值偏向于保守,虽然Esponiza方法与实测结果比较接近,但是考虑到长期安全性以及土工材料的耐久性,采用本文的计算方法是比较合理的。     

考虑拱效应的隧道管棚力学模型与参数分析

为了更好地研究隧道管棚的实际受力状态,根据隧道施工工序和施工影响,将隧道管棚划分为二衬段、初支段、开挖段以及掌子面前方的扰动段和未扰动段等五段,考虑管棚注浆后形成整体管棚拱的拱效应,建立了五段式隧道管棚的Winkler弹性地基梁新模型,推导了五段式隧道管棚模型的挠度和内力计算公式,并与既有工程案例进行对比分析,同时对不同的开挖进尺、管棚直径和加固区弹性模量进行了分析。结果表明:新模型得到的管棚挠度最大值和挠度最大值对应的位置与现场监测结果更为接近,能够解决已有管棚模型因边界条件设置不合理而造成的管棚变形在扰动段的末端出现的上拱现象,更符合管棚实际的变形情况;改变开挖进尺对管棚的挠度影响更大,管棚钢管直径为108 mm和114 mm时,其管棚支护效果相差不大;当E_c(加固区弹性模量)＞40.0 E_g(围岩弹性模量)时,开挖进尺和钢管直径对管棚的挠度和弯矩的影响不大,因此,提高加固区的弹性模量是减小管棚挠度和内力最有效的方法。     

隧道压力拱动态演变机制及规律分析

隧道开挖后形成的压力拱是随着围岩的渐进性破坏而动态发展的。以毛洞情况下隧道的最终状态为依据将动态压力拱分为稳定无塌落拱、稳定有塌落拱和不稳定无塌落拱三类,将围岩压力拱的动态发展分为原始应力状态、雏形压力拱状态、初始压力拱状态、塌落压力拱状态4个典型的时间段,从而对动态压力拱理论进行了完善。对初始压力拱和塌落压力拱的拱体厚度进行了理论推导,从理论上揭示了围岩压力拱动态发展的影响因素。通过实例计算得到了隧道埋深、侧向土压力系数与初始压力拱拱体厚度的关系以及塌落压力拱随塌落高度发展的动态演化规律。结果表明:初始压力拱拱体厚度与侧压力系数呈线性负相关,与隧道埋深呈正相关;侧压力系数对初始压力拱拱体厚度的影响随隧道埋深的增加而增大;随着塌落高度的增加,围岩压力拱范围先增大后逐渐趋于稳定,而拱体厚度则先增大后减小;若塌方在拱体厚度达到最大时仍无法稳定,则最终会发展为塌穿型塌方。     

新意法隧道核心土稳定性模拟分析与加固策略研究

依托野猪山隧道出口段软岩开挖工程,研究了新意法施工方案对大断面软岩隧道掌子面变形及稳定性的改善作用。在对新意法的基本思想、加固原理及施工工艺做了系统的梳理与总结的基础上,结合不同施工方案的开挖模拟,根据掌子面挤出变形、强度折减(安全)系数两个定量指标,对比分析了全断面新意法与台阶法、传统全断面法的掌子面变形及稳定性,以及不同锚杆长度对新意法加固效果的影响,并基于分析结果给出了兼顾经济性与有效性的新意法锚杆布设建议与加固策略。     

基于普氏理论的圆形隧道竖向土压力计算方法

基于经典普氏压力拱理论,对隧道竖向土压力进行了分析论证,在此基础上,结合圆形隧道开挖后土体滑裂面的实际情况,对经典普氏压力拱理论进行了合理的改进,推导了圆形隧道平衡拱半跨度B和平衡拱高度h的解析表达式,由此建立了圆形隧道竖向土压力计算公式。通过一个具体的算例,对比分析了圆形隧道条件下直接采用经典普氏压力拱理论以及采用文中改进方法所得隧道竖向土压力之间的差异,初步验证了文中所提出改进方法的合理性。     

基于压力拱理论的双洞隧道最小净距弹塑性分析

双洞隧道最小净距的研究对隧道工程建设有重要意义,本文应用压力拱理论对双洞隧道最小净距进行弹塑性分析,根据拟建的双洞隧道的物理模型及隧道中间岩柱的受力模型,得到双洞隧道最小净距公式,通过控制变量,分析公式中各物理参数对隧道最小净距的影响大小关系,即:隧道埋深和土层重度的增大会使双洞隧道最小净距承非线性增大;内摩擦角、粘聚力、计算内摩擦角的增大而非线性减小.本文的研究为双洞隧道设计提供了依据.     

盾构隧道施工松动土压力计算方法研究

在盾构隧道施工中,因管片支护和注浆填充,隧道拱顶土体位移受限制,土拱效应不完全发挥,土体剪应力小于其抗剪强度,使得Terzaghi松动土压力理论不适用于盾构隧道。针对这一情况,在Handy理论基础上推导了土的侧压力系数计算公式,得出侧压力系数的变化规律,其值与主应力旋转角度相关,其大小在主动土压力系数和被动土压力系数之间变化;并认为土拱效应的发挥和隧道拱顶位移相关,据此,在Terzaghi松动土压力理论基础上推导了一种可以考虑地层损失和管片刚度的松动土压力计算公式;并通过对土拱高度的讨论,提出一种简化的隧道施工扰动范围判断方法。     

考虑拱效应的弧形咬合桩计算方法

咬合桩防渗止水性能优异,弧形结构抗压能力强、整体性好,把二者的优点结合将产生一种新型经济实用的支护体系。本文以结构力学为基础,将圆弧微拱咬合桩的拱效应与被动区土抗力等效为弹簧,提出了一种简化计算法。以跨岷江特大桥14#墩拱座基坑为背景,利用此方法计算桩的变形,并与监测数据、数值模拟以及规范法对比,探讨该方法的可行性和计算精度问题。结果表明：使用本方法所计算出的桩体水平位移与监测结果均表现出了悬臂桩变形趋势且桩顶位移相差较小,说明了该方法在弧形咬合桩设计计算中的有效性和实用性,可为相关工程提供设计依据。     

黏性土地层中盾构隧道开挖面支护压力计算方法探讨

 盾构隧道开挖面支护压力的确定一直是隧道工程界普遍关注的核心问题之一。对开挖面支护压力计算的6种模型进行深入的讨论,并在此基础上,针对黏性土地层的特点,修正著名的Horn筒仓模型,推导考虑土拱效应的黏性土开挖面支护压力计算公式。以钱江隧道工程为背景,详细分析开挖面支护压力7种确定方法的计算结果,论证各计算方法的工程实用性,并对计算参数的选取进行讨论,为类似工程提供重要的建议值。     

基于数码图像的掌子面岩体结构量化表征方法及工程应用

 以隧道掌子面立体数码摄像为基础,针对隧道开挖、支护两道工序,构建隧道掌子面岩体结构量化表征体系,实现隧道轴向岩体结构及径向岩体结构表征的有效整合。针对具体工程,基于控制点测量、掌子面图像对采集、结构面提取、CAD模型再现四道工序,提出了基于数码摄像的二维掌子面裂隙模型构建方法。以测线法为手段,考虑多条测线的全断面布设方法,以单测线RBI指标为基础,以玫瑰花方位角表征测线位置、玫瑰花半径表征对应方位岩体结构RBI量化值,建立了隧道掌子面岩体结构玫瑰花表征体系,实现了隧道径向岩体结构差异性可视化分析。同时,提出了掌子面结岩体结构综合量化指标(Z-RBI),建立了岩体结构六色分类方法,实现了掌子面岩体结构量化及结构类型划分的可视化集成。最后,采用数理方法,以序列掌子面Z-RBI值为基础,初步构建了隧道轴向岩体完整性预测方法,并进行了工程验证。     

基于土拱效应的土钉支护结构稳定性分析

土钉支护结构整体稳定性分析作为土钉支护设计中的关键验算项目,直接影响到土钉支护结构的正常运行。本文从土钉与土体之间相互作用原理出发,运用土的塑性理论和土坡的极限平衡分析方法,提出了基于土拱效应原理基础上的土钉支护结构稳定性分析的新方法,并与现行《规程》方法进行比较。研究表明:土钉直径和间距对土钉支护结构稳定性的影响远比《规程》方法的要大。     

基于数据挖掘的隧道围岩变形响应预测与动态变更许可机制

隧道作为一个完整的系统工程,其已开挖段所揭露岩体的特征信息及其变形数据往往未被有效利用,而这恰恰是对该隧道后续施工有实际指导意义的。为此,基于数据挖掘理念,充分利用已开挖段揭露围岩的先验分布信息,基于高斯过程回归理论(GPR),构建同一设计围岩等级区间段内岩体自然属性与变形间的映射模型,实现对当前掌子面围岩变形收敛值的响应预测。以此作为隧道施工工法变更与否的先导判据,综合超前地质预报解译数据、现场围岩亚级分类结果以及初期勘探资料等多源异构信息,进行围岩稳定性状况的交互式耦合分析,进而构建了隧道变更的动态评估决策与施工许可机制,以实现隧道开挖工法与支护参数的动态调控。此外,利用揭露围岩信息的概率分布统计,耦合GPR与Monte Carlo算法,对隧道设计等级区段内围岩变形的整体失效概率及可靠性评估进行了尝试性探索。     

工程岩土学教学方法探讨

工程岩土学作为土木工程的专业基础课程之一,在相关领域的教学体系中占有极其重要的地位。通过该课程的学习,能使学生完成从基础课程到专业课程的平稳过渡,加强对专业的学习兴趣和理解。结合多年的教学实践,从工程岩土学课程具有较强的理论性与实践性的特点出发,对如何培养学生的学习兴趣及教学手段的改进等几个方面进行分析,从而对该课程的教学方法从教学内容、教学手段及实践性教学质量的提高等角度进行探讨,以达到完善教学过程、提高教学质量的目的。     

幕墙预埋件锚板厚度计算方法探讨

本文以相关规范为依据,对预埋件的受力情况进行分析,探讨如何确定锚板厚度。并通过与常规做法相比较的方法,建议在外挑较大的幕墙设计中,预埋件锚板厚度应通过计算确定。     

基于力电耦合煤岩特性对煤岩破裂电磁辐射影响的研究

为了有效地预测预报和治理煤岩动力灾害现象 ,在利用实验研究、理论分析和数值模拟方法研究煤岩变形破裂电磁辐射和应力耦合规律的基础上 ,研究了煤岩特性对煤岩变形破裂电磁辐射的影响。研究结果表明 :巷道掘进过程周围煤岩特性如体积弹性模量、内聚力和内摩擦角等对煤岩内部应力分布有较大的影响 ,应力峰值距离煤壁距离随着加载应力和采深的增加是逐渐增大的 ,应力峰值距煤壁距离随着煤岩体积模量、内聚力和内摩擦角的增加是逐渐减小的 ;随巷道两帮煤岩体积模量、内聚力和内摩擦角的降低 ,在监测点电磁辐射信号是逐渐减弱的 ,说明一方面是由于煤岩内部变形破裂程度降低即应力集中程度降低 ,另一方面是应力集中区距离监测点越远所致 ,力电耦合计算结果表明 ,通过监测电磁辐射信号的变化规律一方面可以来评价煤岩内部应力集中程度 ,一方面可评价煤岩动力灾害的危险性     

非线性破坏准则下浅埋隧道掌子面三维被动稳定性能耗分析改进方法

 通过引入圆锥椭圆截交线计算公式,改进浅埋隧道掌子面三维被动破坏多椭圆锥体几何参数的计算方法。基于非线性破坏准则和极限分析上限法,推导浅埋隧道掌子面三维被动支护力的上限表达式,并进一步采用非线性规划程序优化计算获得了极限支护力最优上限解。通过对比分析,验证本文方法的可靠性;同时分析非线性抗剪强度参数对被动破坏极限支护力和破坏模式的影响,并绘制相应的破坏模式图。研究表明：被动破坏极限支护力与地面超载?s及地层容重?大致呈线性变化,而与非线性参数m、量纲一化的参数c0/?t及超负荷比C/D呈非线性变化;非线性参数m、量纲一化的参数c0/?t和超负荷比C/D对破坏模式影响显著,而地面超载?s对破坏模式影响则较小。研究成果为隧道掌子面稳定性分析提供一种新思路,进一步完善了隧道掌子面稳定性评价体系。     

轴力和弯矩共同作用下盾构隧道纵向非线性等效抗弯刚度研究

实际工程中,盾构隧道纵向弯矩和轴力可能同时存在,若按传统的纯弯等效抗弯刚度计算可能会带来较大误差。考虑轴力和弯矩共同作用对纵向弯曲变形的影响,提出5种弯曲模式,在经典的志波模型的基础上,建立盾构隧道纵向等效抗弯刚度计算模型,基于该模型开发了计算程序,以成都地铁3号线盾构隧道为实例,对其纵向等效抗弯刚度和管环张开量随轴力和弯矩的发展规律进行分析,并讨论弯曲模式的实用判别方法,求出变形过程的临界弯矩,最后给出纵向弯曲变形为线性和非线性的内力条件。研究发现:盾构隧道纵向变形随弯矩的发展过程可按轴力分为4类,各过程下管环张开量和等效抗弯刚度随弯矩的发展规律十分不同;轴力对等效抗弯刚度有显著影响,一般呈现压弯纯弯拉弯的规律。研究成果可应用于盾构隧道结构纵向力学分析、抗弯刚度分析等方面。     

全站仪自由设站隧道围岩变形非接触监测理论和方法的研究

钢尺收敛计隧道围岩变形量测由人工拉尺读数,效率低,与施工相互干扰,测量结果容易受人为因素影响。为满足现代隧道快速、大跨、安全施工需求,提出全站仪围岩变形非接触量测单站、双站自由设站三维坐标法和单站、双站独立坐标测线法的概念和方法,推导围岩变形监测全站仪自由设站坐标转换数学模型。阐述自动全站仪隧道围岩变形非接触监测系统的组成、开发及其特点。以北京东直门地铁隧道施工围岩变形监测为例,说明系统的数据处理、精度评定、图形分析和预报功能,该系统以其高精度、自动化、简便实用的优点在隧道围岩变形监测中起到重要作用。     

基于离心机模型试验的超深基坑受力变形研究

随着我国城市建设的发展,超深基坑不断涌现,然而开挖过程中土压力的分布以及围护结构的受力、变形模式的不确定性等问题为基坑的设计与施工带来了巨大的麻烦。为解决这些问题,本文以深圳某深隧系统工程的闸门井基坑为原型,通过离心模型试验结合有限元分析研究了其方形与圆形两种设计方案。实验表明,圆形基坑具有明显的土拱效应和环向刚度,土压力、弯矩、围护结构变形和地表沉降都小于方形基坑。2种基坑方案中深度效应都表现明显,变形沉降最后趋于稳定。土压力沿深度方向均呈非线性分布,由静止土压力逐渐向主动土压力发展,并且变形模式都为中间大两端小。实验后使用有限元方法进行数值模拟。2种方法即相互验证又相互补充。