有压隧洞衬砌与围岩相互作用数值模拟分析

通过建立有限元计算模型,运用荷载分级、变刚度迭代非线性有限元法,系统研究了有压隧洞衬砌与围岩之间的相互作用．探讨了锚杆支护、衬砌与围岩之间接缝大小和接触角变化对衬砌、围岩承载能力的影响．根据建立的模型,对一隧洞工程进行了三维非线性有限元计算,获得了一些具有工程指导意义的结论．     

地下有压隧洞蠕变及其稳定性分析

对于地下有压隧洞,根据流变力学的基本理论,分析了在两向等压条件下隧洞围岩流变引起支护衬砌内部及其衬砌本身流变而产生的应力和位移随时间的变化规律,建立了与时间有关的支护衬砌破坏依据,对隧洞支护设计和预计衬砌不同时期的受力和稳定性有一定的参考价值。     

水工隧洞检修期衬砌与围岩联合承载作用机理

衬砌与围岩是水工隧洞的主要组成部分,外水压力是其承担的主要荷载之一.结合某水电站工程实例,建立其发电引水隧洞的有限元数值分析模型,针对衬砌与围岩有条件联合承载作用特征,对衬砌外围岩变形模量进行折减以反映围岩的作用,并引入具有一定抗拉强度的薄层单元量化反映衬砌与围岩有条件联合承载能力.结果表明:与衬砌完全单独承载外水压力计算结果相比,围岩在承担外水压力中的作用不容忽视,且随着外围岩体变形模量的增加,其所分担的外水压力越大;采用薄层单元量化后,衬砌与围岩的联合承载机理更为明确,薄层单元开裂前,围岩承担外水压力较多,薄层单元开裂后,衬砌承担外水压力较多,因而要确保回填灌浆和固结灌浆质量,以提高衬砌与围岩联合承载能力.     

无衬砌圆形黄土隧洞围岩地震稳定系数

为得到地震下无衬砌圆形黄土隧洞的围岩稳定安全系数,应用抗剪强度折减法,建立静力与动力分析模型,采用ANSYS软件分别对圆形无衬砌黄土隧洞进行重力和地震下的动力响应分析,得到地震下无衬砌圆形黄土隧洞的剪切破坏规律,讨论了隧洞直径、覆土厚度以及地震烈度对无衬砌圆形黄土隧洞围岩抗剪强度安全系数的影响.结果表明,在重力和地震作用下,对介于1.15~2.00的无衬砌圆形黄土隧洞的抗剪强度安全系数只能满足初次衬砌要求,不能满足使用阶段要求.为保证结构的安全可靠,建议开挖之后尽快进行二次衬砌.     

铁路隧道围岩与衬砌相互作用有限元分析

借助于荷载-结构模型,研究了铁路隧道复合衬砌承载水压力的受力情况。通过分析表明,衬砌中的初期支护和二次衬砌一般要共同承担荷载,二次衬砌的受力往往大于初期支护的受力,而且在初期支护与二次衬砌间存在不均匀压力。由此可见在设计时合理考虑衬砌结构间的荷载分配比例是很有必要的。     

围岩与衬砌复合体的粘弹性分析

本文在平面应变条件下,对粘弹性圆形巷道和衬砌的耦合问题进行分析,衬砌(粘弹或弹性的)是在巷道开挖后,或巷道形成后经过一段时间蠕变才加上的。使用积分型粘弹本构关系——Boltzmann记忆积分求出围岩和衬砌的位移,然后根据它们交界面处的连续条件,得到位移围岩和衬砌交界面上支护反力为未知量的积分方程。最后,对一些具体情况由积分方程求得支护反力,从而得到围岩和衬砌的位移和应力,并对其进行了分析。     

隧洞掘进机开挖的围岩-支护系统联合承载数值分析

对隧洞掘进机(TBM)开挖过程围岩-支护的联合承载特性进行了数值分析.首先详细分析了在TBM掘进时,围岩和支护的相互作用过程和各种荷载的属性.然后,提出了TBM施工围岩稳定和支护受力的计算方法,主要考虑了施工作用力、开挖荷载和外水压力荷载.提出了确定TBM施工过程中围岩单独承担开挖荷载比例的计算方法.最后结合某大型供水工程,采用上述方法分析了TBM掘进段II—V类围岩稳定和支护受力特性.计算结果既符合一般规律,也提供了定量评估围岩承载能力的方法,能够充分反应不同岩性下围岩-支护系统的联合承载特性,并从数值分析角度论证了衬砌设计的合理性.     

衬砌压力隧洞的弹塑性分析

基于岩体应变非线性软化本构模型,考虑中间主应力的影响,对衬砌圆形压力隧洞在等压荷载下进行弹塑性分析,对弹塑性边界位置在衬砌范围内和围岩范围内分别进行了讨论,指出根据弹塑性边界位置的不同应采用不同的计算公式,并得到了由隧洞开挖卸荷引起的、围岩开始屈服时的极限压力以及内压力作用下分别使衬砌、围岩开始屈服时的极限压力。     

圆形有压隧洞钢筋混凝土衬砌预留人工缝的防渗漏设计方法研究

通过理论阐述和有限元计算分析，研究了有压圆形隧洞钢筋混凝土衬砌一种新的防渗漏设计方法，即预留人工缝的防渗漏设计法，并根据分析结果提出了设计建议。这种新的设计方法不但能够达到工程中防渗漏设计要求，同时能够节约钢筋和混凝土的用量、施工方便、缩短工期     

基于广义开尔文模型圆形隧洞围岩衬砌分荷比研究

基于围岩粘弹性流变模型,研究了围岩衬砌分荷比的确定问题.结合大岗山引水隧洞工程,通过有限元计算,针对围岩符合广义Kelvin模型的圆形隧洞,分析了不同衬砌时间下隧洞与围岩共同承担荷载的规律,提出了分荷比的计算方法;进而计算分析了分荷比随衬砌时间变化的规律;然后分析了分荷比对围岩物理力学参数(主要有弹性模量、粘弹性模量和粘滞系数)、埋深以及隧洞直径等因素变化的敏感性.发现分荷比与弹性模量、粘弹性模量和粘滞系数有着重要联系,而与埋深、隧洞直径大小无关.最后通过数值拟合了分荷比的经验表达式,将其应用到大岗山引水洞,探讨了大岗山引水洞设计计算中合理分荷比的取值问题,成果可为类似工程中衬砌荷载的确定提供参考.     

分析粘弹围岩稳定性的新方法—离散记忆积分法

提出一种新的数值方法——离散记忆积分法。它用于分析粘弹围岩在弹性衬砌支护下的稳定性问题。文中Boltzmann＇s积分,即积分型粘弹本构关系,在总的时间和空间上被离散,而在离散的每个时步内使用以微分型本构关系为基础的对应性原理。方法不受巷道断面形状和衬砌建成时间的限制,可求出围岩和衬砌内的应力、位移及两者交界面上的围岩压力,通过将圆形断面巷道的计算结果与解析解比较,证明本方法是有效的,并对直壁圆拱形巷道进行了数值分析。     

红土田电站引水隧洞破碎岩层开挖与衬砌

红土田电站引水隧洞地质条件极为复杂,主要分布第四系坡积、崩塌堆积体并夹砂土,厚度5~45 m,隧洞开挖难度大,开挖方案确定按照＂杆超前、后开挖、弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测＂的原则进行隧洞施工的总体方案,洞身开挖采用交叉中隔壁法施工,通过采用该方法施工,最终确保了隧洞施工的安全、工程质量和施工进度均达到业主的要求.     

隧洞施工中围岩收敛观测及分析

根据“引黄入晋”工程连接段隧洞施工中围岩变形情况，讨论了隧洞收敛观测断面的布置原则、现场观测方法以及观测数据的温度修正。通过对施工过程中测量数据的整理和分析，得出了收敛位移随时间变化的规律。     

大型地下洞室开挖数值模拟分析

以某水电站调压井大型地下洞室群施工为例,通过典型断面关键点位移、小主应力及安全系数随开挖步的变化,分析了开挖对大型地下洞室群围岩稳定造成的影响．数值计算表明,开挖过程中,围岩整体稳定性较好,但是围岩位移、小主应力随开挖步的不断递进而持续增大,关键点安全系数持续减小,最大位移与最大拉应力均位于调压井下部,分别为10．57mm及1．10MPa,局部关键点最小安全系数不满足规范要求,所以洞室开挖后需及时支护．计算表明,当二次衬砌高程大于关键点所处高程,该点安全系数明显增大,满足规范要求,且通过支护方案比选,调压井混凝土浇筑至625．5111高程是该工程最经济合理支护方案．     

地震对隧道围岩稳定性影响的数值模拟分析

利用ANSYS软件的谱分析，研究了地震对隧道围岩稳定性的影响规律，得出在不同岩性、跨度、地震波的类型情况下地震作用对隧道围岩产生拉应力和位移的特征，指出围岩的位移差异是破坏衬砌的主要原因，提出隧道支护应注意的问题，定量解释了大量调查资料中地震破坏隧道现象的成因。     

四角田隧道围岩稳定性三维有限元数值分析

云南大保高速公路四角田隧道地处峡谷地带,工程地质条件比较复杂,且地表水丰富.结合四角田隧道的工程实况,利用Drucker-Prager屈服准则,运用有限元法对该隧道进行三维非线性有限元模拟分析,以评价其整体稳定性.根据计算分析结果,指出了隧道的相对危险区域,确定了实地重点监测的范围,同时对同类工程也具有一定的指导意义.     

地下隧洞围岩抗震支护措施模拟及抗震支护效果分析

锚杆和衬砌是保证地震作用下隧洞围岩稳定的2种重要支护措施。将全长粘结式锚杆分段处理,建立复合加锚岩体单元模型,从物理参数加固和支护反力约束2个方面研究了锚杆对围岩的支护效应,据此提出了锚杆的抗震支护模拟方法。基于动接触力算法,通过模拟衬砌与围岩的动态接触过程,形成衬砌的抗震支护模拟方法。以某引水隧洞工程为例,研究了锚杆和衬砌2种支护措施支护参数的变化对围岩抗震效果的影响。结果表明：地震作用下锚杆和衬砌均具有良好的支护效果,但锚杆支护效果要优于衬砌,并且锚杆、衬砌均存在最优支护参数。计算成果可为地下隧洞的抗震支护优化设计提供科学依据。