双连拱隧道结构内力样式及围岩稳定性模型试验研究

大型相似模型试验是双连拱隧道结构内力样式与围岩稳定分析研究的重要方法和手段之一。结合广州—惠州高速公路小金口双连拱隧道工程的修建,在II,III类围岩条件下,对双连拱隧道的施工方法和结构内力样式及围岩稳定进行了深入的研究工作。通过模型试验研究提出了一种新的施工方法——中导坑拓展法,这种施工方法对围岩的扰动少;同时采用三导坑法、双导坑法和中导坑拓展法3种施工方法进行模型试验研究。结果表明:周边最大径向位移发生于拱顶,其次为腰部;首次建立了双连拱隧道二次衬砌内力(轴力和弯矩)模型及围岩的稳定与变形的规律。这些研究成果对双连拱隧道的设计与施工具有重要指导作用。     

某高速公路双连拱隧道数值模拟分析

采用ADINA有限元软件,应用弹塑性理论对某高速路双连拱隧道进行了有限元模拟,并对其稳定性进行分析,探讨了不同围岩应力释放程度对衬砌应力的影响,得出一些有益的结论,为双连拱隧道的设计和施工提供科学依据及技术指导。     

关于圆形隧道卡斯特纳公式的讨论

隧道围岩的应力及变形是隧道力学中的基本问题,它直接影响到隧道的安全评价及施工支护措施。20世纪50年代提出的卡斯特纳公式,描述了圆形隧道的塑性区半径和塑性区的应力分布规律,公式已成为隧道力学分析的理论基础。以满足莫尔-库伦准则或Mises准则的理想弹塑性材料为例,按照塑性力学加卸载准则,证明了圆形隧道的开挖过程是加载过程,支护过程是卸载过程;对圆形隧道开挖和支护过程进行了弹塑性FLAC有限差分数值计算,同时针对外压和地应力均为0、内压值为支护应力的隧道进行弹性分析。结果表明,围岩的应力分布在开挖后与卡氏公式相符,但在支护后则与卡氏公式不符。弹塑性分析中,支护引起的围岩应力增量及位移增量分别与弹性分析中的应力和位移相同。因此在涉及塑性变形的隧道力学分析中,卡氏公式只适用于开挖阶段,不适用于支护阶段。     

双连拱隧道偏压段管棚效应分析

 在海床复杂的地质条件下，海底双连拱隧道与陆地连接的浅埋软岩段容易形成偏压，从而影响围岩的稳定性。采用三维弹塑性有限差分法对双连拱隧道进口偏压段管棚的预支护作用进行分析，并分析了不同管棚参数下的计算结果。研究的主要内容包括：(1) 计算了隧道在有管棚支护和无管棚支护条件下的拱顶下沉和塑性区分布；(2) 给出了管棚设计参数和优化参数下不同的变形和弯矩变化；(3) 分析了拱顶下沉和水平收敛的FEM计算结果和实际测量结果。 计算结果表明，管棚支护和注浆加固围岩能有效减小隧道周围由偏压引起的塑性区，软岩中双连拱隧道偏压段采用管棚支护是很必要的；偏压通常会使连拱隧道侧洞的应力状态不同从而造成围岩变形的不同，为了更有效地控制围岩变形在管棚支护的设计中应该采用不均衡设计；数值计算结果与实测结果的一致性进一步说明了管棚优化设计的合理性。     

侧部岩溶隧道围岩稳定性数值分析与研究

 结合忠垫高速公路岩溶隧道施工过程,利用有限差分软件FLAC3D对侧部含有溶洞的隧道围岩稳定性进行数值模拟研究,并将数值计算结果与现场监测结果进行比较分析。结果表明：隧道开挖后,围岩分别向溶洞内和隧道内变形,溶洞与隧道之间的围岩向2个相反的方向变形,是较危险区域。围岩塑性区主要集中在隧道的周围和溶洞的左右侧部,溶洞的顶部和底部处塑性区较少。隧道与溶洞之间的围岩由于应力集中可能使围岩产生过大的变形和岩体破坏,对其稳定性要给予特别重视。所得结论可为同类隧道的设计、施工和研究提供有益的借鉴和参考。     

元磨高速公路某连拱隧道围岩稳定性三维数值仿真

以元磨高速公路的一座连拱隧道作为工程背景，采用三维连续介质快速拉格朗日元模拟直墙连拱隧道的施工工况，得出了施工过程中隧道围岩位移、应力和塑性区分布规律。     

双连拱隧道锚杆支护监测分析

在张石高速公路二期工程中岔道2号双连拱隧道现场监测的基础上,对初期支护体系中的锚杆支护进行了监测分析,并对双连拱隧道锚杆支护的设计、施工提出了一些建议,验证了锚杆支护体系在设计和施工上的合理性。     

浅谈高速公路隧道开挖支护技术

结合皖南山区高速公路隧道建设情况，针对分离式隧道和双连拱隧道的特点，介绍了围岩的分类方法与高速公路隧道在不同围岩类型下的开挖方法及其支护技术，为类似隧道的开挖支护提供一定的参考。     

分岔隧道稳定性分析及施工优化研究

建立中墙承载模型,通过理论分析分别给出连拱和小净距隧道的中墙稳定性判据,据此可得到中墙的合理厚度.以八字岭分岔隧道为例,分别采用地质力学模型试验和弹塑性损伤有限元模拟分岔隧道的施工全过程,给出围岩关键点位移和应力随施工过程的变化曲线以及围岩损伤区和塑性区的分布,提出分岔隧道的施工过程的优化措施.研究爆破施工对隧道稳定性的影响,提出不同中墙宽度、不同围岩情况下装药量的大小及施工措施.根据上述研究结果,针对原施工设计提出优化建议.对分岔隧道施工进行现场监测,监测数据与试验和计算数据的对比验证了试验和数值计算的正确性.监测结果表明隧道稳定,说明施工优化建议合理.     

超大断面隧道不同工法引起软弱围岩变形机理分析

运用商用数值模拟软件模拟隧道开挖施工过程,通过对大断面隧道开挖引起塑性区分布、地层分层沉降的数值模拟成果的分析,得出了在同一围岩条件下,采用不同的施工方法开挖隧道引起地表变形、塑性区分布、地层分层沉降的特性和机理,在此基础上提出了相关的施工技术措施,使隧道在整个施工过程中都处于安全可靠控制范围之内。     

厦门海底隧道最小顶板厚度三维弹塑性断裂损伤研究

为了验证厦门海底隧道最小顶板厚度比设计厚度减小时隧道的稳定性，根据设计方案，在厦门海底隧道轴线的地质剖面图上，选取了4个典型剖面处的对应段，将隧道轴线高程比原设计升高2m和4m，应用多裂隙岩体三维弹塑性本构关系和损伤演化方程进行有限元分析，对隧道轴线在原设计高程以及升高2m和4m的高程开挖后的应力分布、洞周位移、塑性区、损伤区等结果进行分析比较，可以得出将设计方案的轴线位置升高4m后，隧道仍是稳定的结论。同时。该结论对后续施工和其他工程有一定的指导意义。     

软弱围岩富水地段连拱隧道关键施工技术

文章结合杭金衢高速公路二期C合同段大洋滩隧道施工过程,对开挖方案、中隔墙加固、洞口防偏压施工、防排水系统等进行论证分析,详细阐述了几个关键措施的施工,并对双连拱隧道的监控量测提出了建议。     

二向不等围压条件下考虑软化及剪胀的圆形隧洞弹塑性解

 基于弹塑性软化模型和非关联流动法则,考虑侧压力系数、极轴夹角和不同工况主应力对应关系,同时结合屈服后岩体的软化和剪胀特性,推导出圆形隧洞在二向不等压受力条件下洞周围岩的弹塑性应力、位移和塑性半径的解析解。实例分析表明,侧压力系数和主应力对应关系决定洞周塑性区的分布形状。剪胀对洞周位移的影响远大于对塑性半径的影响;剪胀程度的变化对洞周变形的影响随着围岩软化性质的增强而增大。在以洞周变形为控制的工程项目中,围岩软化和剪胀特性的影响不能忽视。     

岩石应变软化模型在深埋隧洞数值分析中的应用

 随着地下洞室的大量兴建,且埋深越来越深,深埋地下洞室的开挖稳定性问题显得非常重要。针对深埋隧洞围岩特殊的力学特性表现,采用应变软化模型进行数值分析更为合适。首先,对深埋隧洞围岩力学特性和岩石应变软化模型进行简单分析,并且通过数值加载试验分析了Mohr-Coulomb弹塑性模型和应变软化模型计算得到岩石应力–应变关系之间的区别。然后,对简单圆形深埋隧洞进行数值分析,对比分析了Mohr-Coulomb弹塑性模型和应变软化模型计算结果之间的差别,分析主要针对围岩的变形、塑性区和安全系数。最后,采用应变软化模型对两家人水电站深埋地下洞室群进行计算分析,对该地下洞室群的开挖稳定性进行评价。计算结果表明,调压室主室两侧边墙和各洞室连接处的变形较大,较其他地方更危险,需要加强对调压室主室边墙和各洞室连接处的支护强度。     

关于土体隧洞围岩稳定性分析方法的探索

 长期以来,地下隧洞围岩稳定性分析没有科学合理的方法,一直停留在以洞周某点位移或塑性区大小的经验值作为判断稳定性的依据。隧洞洞周位移或收敛位移受围岩弹性模量、洞室形状大小等因素影响,洞周不同部位的位移值也不相同,很难找到统一的位移判据标准。以塑性区大小作为围岩稳定性的判据要优于位移标准,但围岩塑性区受泊松比、洞室形状大小等因素影响,不同软件计算出的塑性区大小也有差异,这种方法同样也不可靠。由此可见,传统的经验分析法不够合理。为此,提出将基于有限元强度折减法求出的安全系数作为稳定性分析判据,该判据有严格的力学依据,有统一的标准,而且不受其他因素的影响。以黄土洞室为例,提出洞室的剪切与拉裂安全系数的概念,通过不断折减土体的抗剪强度参数c,j 值或c,j 与抗拉强度,使黄土隧洞围岩塑性区不断扩展,直至塑性应变或位移发生突变时,即表明隧洞发生剪切破坏,此时的折减系数即为剪切安全系数。通过不断折减土体的抗拉强度参数,使黄土隧洞内临空面处(不包括底部临空面)围岩出现第一个单元拉裂破坏时,即表明隧洞发生拉裂破坏,此时的折减系数即为拉裂安全系数。该研究仅是对围岩稳定性分析方法的尝试性探索,供同行分析、讨论。     

围岩松动圈的弹塑性位移反分析方法探索

在按弹塑性理论进行地下工程设计与分析时，真实工作状态下岩体力学参数的确定十分重要和必要。为确定这些岩体力学参数，从洞室监测过程中的实际情况出发，根据掌子面的推进过程与监测位移间的变化情况，将监测位移进行弹塑性分离，从而提出一种行之有效、易于工程实际操作的考虑围岩松动圈的弹塑性位移反分析方法。该反分析方法所得结果与设定值吻合良好，并通过工程实例得到验证，为工程实践提供一个切实可行的实施方案以确定这些有用的参数，是岩土工程信息化设计、施工的重要手段。     

特殊地质区域海底隧道长期稳定性研究

根据F4风化槽强风化花岗岩的三轴流固耦合试验以及三轴流变试验成果,建立Mohr-Coulomb模型来描述风化槽岩石的弹塑性硬化及塑性流动行为,采用Nelder-Mead最优化方法得到力学模型各参数。应用三轴流变试验建立强风化花岗岩的非线性流变模型并拟合相关流变参数,在此基础上将流固耦合流变模型编制Creep子程序嵌入到ABAQUS软件。通过现场反演证明试验所得模型与参数可以很好地描述实际的情况。根据反演的围岩力学参数,模拟海底隧道F4风化槽段(ZK8+900m)隧道结构的长期稳定性,为海底隧道的设计和运营管理提供理论依据。     

公路双连拱隧道中隔墙施工关键技术研究

通过分析公路双连拱隧道中隔墙的一般设计,总结了公路双连拱隧道中隔墙施工关键技术,并加以系统阐述,探讨如何有效地提高中隔墙施工质量。     

渗流-应力耦合作用下深埋黏土岩隧道盾构施工特性及其动态行为研究

基于连续介质大变形理论和损伤力学理论,将塑性损伤演化与渗流相互耦合的方法引入到Mohr-Coulomb准则,建立黏土岩弹塑性大变形渗流–应力耦合模型,以ABAQUS软件为平台对其进行二次开发。以比利时黏土岩核废料库工程为背景,在全面分析盾构施工影响围岩稳定性因素的基础上,建立反映施工质量的等代层模型,对不同施工质量时盾构掘进过程中围岩及开挖面的变形、孔隙压力及塑性区的演化规律进行数值模拟。计算结果表明,围岩变形在开挖面附近达到最大值,施工质量对围岩稳定性有明显的影响,施工质量越差,开挖扰动区的范围就越大,并且孔隙压力降低的幅度就越大。研究结果可为软岩隧道设计及施工提供参考。