地面荷载和衬砌支护作用下浅埋隧道的围岩应力解

为研究地面荷载对有衬砌支护的浅埋隧道围岩应力的影响,在Verruijt研究复杂边界条件下浅埋隧道围岩应力问题的基础上,考虑隧道衬砌支护及地面荷载共同作用对浅埋隧道围岩应力稳定性的影响,求得了浅埋隧道围岩应力解并分析了多个因素对隧道围岩应力场的影响。结果表明:地面荷载越大,隧道腰部环向应力越大、底部环向应力越小;衬砌支护作用越大,隧道腰部环向应力越小、底部环向应力越大。地面荷载和衬砌支护作用不会改变浅埋隧道周边环向应力的分布规律及其受力最不利位置,但会改变其大小及作用方向。开挖过程中隧道拱腰处易出现土体失稳破坏。     

近接岩溶空腔对台阶法施工公路隧道围岩稳定性影响研究

在我国岩溶隧道工程中,溶洞的形成对于隧道施工安全具有较大的威胁,特别是岩溶空腔与拟建隧道近接时,围岩开挖可引起复杂的应力重分布,支护结构受力复杂,洞周变形加剧,对施工安全及经济性带来极大的负面影响.本文以我国西南某公路岩溶隧道为工程依托,分析了岩溶空腔位置对临近隧道开挖围岩稳定性的影响,揭示了洞周围岩应力分布及变形特性...     

Phase2在导流隧洞初期支护数值分析中的应用

不同地质条件下,导流隧洞开挖后的初期支护对减少围岩受施工扰动产生的应力释放,限制围岩变形,确保洞内施工安全有重要意义,采用Phase2模拟了导流隧洞开挖及初期次支护过程,分析了不同地质条件下(Ⅲ、Ⅳ、V类围岩)的围岩应力及隧洞初期支护结构的稳定性,可为验证设计的初期支护措施提供依据。     

某水电站L形调压室施工期围岩及结构稳定性研究

以西部某水电站L形阻抗式调压室为背景,结合区域地形地质条件及其结构参数,采用三维非线性有限元法,全过程模拟调压室施工期分级开挖过程,揭示围岩及结构的应力场、位移场分布规律,以及可能的失稳部位及失稳方式,并分析施工期围岩的稳定性和衬砌结构的受力特性,评价现有支护体系的有效性。     

洞口隧道与洞旁支护体同步开挖施工工况研究

依托西南某隧道，通过有限元软件Ｐｈａｓｅ２对不同开挖工况下的开挖过程进行了数值模拟，分析了不同开挖工况下围岩塑性区分布情况、围岩支护结构最大主应力及位移情况。结果表明:通过围岩塑性区的分析对比，在同步开挖中，分部开挖法优于上下台阶法；通过围岩支护结构最大主应力与位移的分析对比，宜采用隧道深埋侧部分与洞旁支护体同步开挖。     

不同支护方式下大坡度斜井钢拱架与喷锚支护联合受力分析

目前，对于纵向坡度较大的大坡度斜井，两种不同支护方式(钢拱架铅直向下和垂直洞轴线)对钢拱架与喷锚支护联合受力特性影响的研究较少。结合云南省滇中引水工程香炉山隧洞某斜井工程实际，针对钢拱架铅直向下和垂直洞轴线两种布置型式分别与喷锚支护结构的联合受力，采用三维有限元法对斜井开挖过程中围岩位移、应力和喷层、锚杆及钢拱架的应力进行了计算分析。结果表明：两种钢拱架布置型式下，围岩变形和应力分布规律基本相同，垂直洞轴线布置钢拱架更有利于抑制围岩纵向位移和竖向位移，并使支护结构应力显著减小，对斜井围岩稳定和支护结构受力状态更加有利。围岩条件越差，支护效果越明显。建议大坡度斜井中采用垂直洞轴线的型式布置钢拱架。     

复杂地质条件下地下硐室群开挖支护的效果评价

以某拟建抽水蓄能电站地下厂房硐室群为例,考虑含有断层及岩脉的复杂地质条件,采用三维数值方法计算硐室群开挖过程及喷锚支护过程围岩受力特性,进而评价喷锚支护的实施效果.研究结果表明:厂房硐室开挖完成后,硐室与断层及岩脉夹层交叉部位的围岩变形发生突变,在支护措施完成后,位移量减小;断层及岩脉夹层与硐室拱座部位、硐室边墙与底板的交汇处等局部位置出现明显的应力集中,支护措施的实施改变了局部围岩应力场的分布,使得局部围岩压应力增大,拉应力减小;毛洞和支护完成后的硐室围岩塑性区分布规律及部位基本相同,硐室围岩塑性区分布范围随支护强度的增加而减少,支护措施的实施有效地降低了硐室围岩塑性区;从围岩变形量、特征应力及塑性区分布等综合判断,该地下厂房硐室支护效果明显,能够使围岩稳定性提高.     

考虑应变软化的软岩浅埋隧道施工工法对比研究

为探求适合软岩浅埋隧道的施工工法,以某软岩浅埋隧道为依托,采用FLAC3D软件建立数值分析模型。首先根据位移释放率求得不同施工工法下的应力释放率;然后基于应力释放控制开挖的原理,对不同施工工法下隧道洞周变形及初期支护受力等进行分析;最后通过实测数据对数值模型的可靠性进行验证。模拟结果表明:CRD法对围岩受力变形的控制效果最佳,三台阶核心土法次之;三台阶核心土法下,开挖面前方围岩稳定性最好且初期支护受力最为合理。因此,推荐三台阶核心土法进行软岩浅埋隧道的开挖。     

断裂破碎带围岩松动区隧洞开挖应力变形特性分析

隧洞开挖过程中穿越断裂破碎带时,由于岩体条件差,在施工方式扰动下普遍会引起围岩出现松动圈,甚至坍塌。为厘清隧洞开挖过程中围岩松动圈应力及变形变化规律,以哈密抽水蓄能电站通风兼安全洞为例,建立三维数值计算模型,采用有限差分法,分析了断裂破碎带围岩松动圈隧洞开挖支护过程中围岩径向应力、变形及塑性区变化规律。结果显示顶拱径向应力主要集中在松动圈前端,且下半层的开挖对其应力影响较小;隧洞上、下半层开挖对拱顶径向变形规律一致,均沿开挖深度呈抛物线型分布,且最大值均位于松动圈前端;开挖完成后,不同部位围岩的变形大小关系为拱顶 ＞边墙中心 ＞拱肩;围岩塑性区主要分布在边墙和底板周围,且均为剪切塑性破坏,因此施工过程中还需加强边墙和底板处的支护措施。研究成果可为断裂带围岩坍塌形成松动圈隧洞支护设计提供参考。     

隧道台阶法施工的数值模拟与分析

在隧道施工过程中,评价围岩稳定性是一项重要工作.结合广东某隧道工程状况,利用有限元软件模拟了隧道的动态开挖过程,分析了开挖过程中围岩应力和应变的变化规律,并对施工过程中位移量较大及应力集中现象比较明显的部位进行了划分,确定了施工现场重点监测和支护区域,确保施工过程中围岩的稳定性和安全性.     

拉哇水电站地下厂房围岩稳定分析

大型地下洞室群结构及地质条件复杂,其围岩稳定性受施工方法、支护方式及围岩自身等多方面因素影响。以拉哇水电站地下厂房为研究对象,采用三维非线性有限元法进行数值模拟分析,研究其在开挖过程中围岩位移、应力及塑性区的变形规律,分析其围岩稳定性能,为工程开挖及支护提供科学依据。结果表明:拉哇水电站围岩变形最大位移达74. 44 mm,拉、压应力最大值分别达1. 06 MPa和23. 14 MPa,主厂房顶拱、边墙及洞室交叉部位区域稳定性较低,在实际施工中,应加强监控并适当调整支护方案。     

隧道施工动态仿真分析

由于隧道开挖施工引起围岩应力重分布,使得围岩局部产生应力集中,因而隧道容易产生塌方、变形过大等危害。因此掌握隧道施工过程中围岩及衬砌的状态,对隧道的稳定性和安全性分析尤为重要。FLAC3D数值模拟软件可以模拟隧道开挖、支护施工的整个过程[1],并可分析各施工时段的围岩应力和变形以及跟踪点的应力、变形全过程曲线,从而判断隧道的稳定性。结合在建摩天岭1#通风斜井工程采用FLAC3D软件对隧道的动态施工进行了仿真模拟分析,通过对跟踪点的位移、应力的分析,得到了不同级别围岩下的变形和应力的全过程曲线以及影响范围,为隧道的设计和施工提供了理论依据。     

隧道围岩应力和塑性域的双剪强度理论的分析

针对隧道开挖围岩产生塑性屈服的应力条件变化及稳定性问题,根据隧道围岩的平衡条件和统一强度理论塑性条件,求解得到了圆形隧道的径向应力和环向应力。分析了平面应变条件下统一强度理论的强度参数及围岩支护压力与隧洞半径之间的关系。探讨了平面应变下中主应力参数和统一强度理论次主剪应力系数变化条件下圆形隧道围岩径向应力和切线应力随径向半径的变化规律分布。考虑了支护压力和平面应变统一强度理论中主应力参数和次主剪应力系数对塑性域半径的影响,分析结果表明引入中主应力参数的塑性计算结果更加符合实际。     

不良地质条件下排水隧洞开挖一次支护稳定分析

不良地质条件下排水隧洞开挖后的一次支护对于限制围岩变形、确保围岩稳定及隧洞结构安全具有重要作用。在考虑围岩初始地应力场的基础上,采用三维非线性有限元模型模拟了排水隧洞开挖及一次支护过程,分析了不良地质条件下(Ⅴ类围岩)的围岩应力及隧洞一次支护结构的稳定性,可为隧洞支护三维有限元结构设计优化和合理安排支护时机提供依据。     

各向异性片岩隧道支护结构承载力学特性研究

为了更好地了解各向异性片岩隧道支护结构受力的分布特征规律,对武当群片岩隧道区不同片理面倾角的隧道围岩初期支护及二次衬砌承载特性展开了监控量测。通过对实测数据分析表明围岩稳定后二次衬砌分担的围岩荷载远大于初期支护分担的围岩荷载,大部分二次衬砌分担的围岩荷载比高达80%~90%,这导致部分断面已超过了相关规范中关于软岩支护结构承载比例的规定,对二次衬砌后续运营稳定性会产生较大影响;片岩隧道支护结构受力表现出明显的各向异性特征,当片理面倾角<45°时,随着片岩片理面倾角的增大,支护结构稳定时水平侧受力呈增加趋势;当片理面倾角>55°时,水平受力呈较陡减小趋势;隧道支护结构不同部位受力相差较大且具有明显的非对称性,片岩隧道围岩及支护受力均存在顺层偏压特性。     

乌东德右岸导流洞进口开挖方案评价与优化

乌东德水电站右岸3、4号导流洞进口段为薄层的大理岩化白云岩,并且存在大断层,地质条件较差。同时,由于导流洞施工具有开挖断面大、边墙高及中隔墙薄等特点,隧洞开挖过程中存在局部垮塌的隐患。在该区域选取了4个典型断面,借助数值模拟手段,在既有的支护方案下对比了导流洞进口段Ⅱ、Ⅲ层先左侧后右侧及先右侧后左侧开挖方式下各典型断面的松弛深度、位移、最大主应力及最小主应力的分布情况,同时给出了两种开挖方式下监测点处的位移增量情况。分析结果表明,先左后右的开挖方案更优。同时,受断层及Ⅴ类围岩的影响,3、4号导流洞中隔墙区域处于极不稳定的状态,应施加对穿锚索支护。现场开挖实践表明,采用先左后右的开挖方案并在3、4号导流洞中隔墙区域进行对穿锚索的加强支护保证了围岩的稳定性。      

隧洞大型机械化配套施工及围岩-支护体系力学响应研究

基于郑万高铁湖北段高家坪隧道试验段,开展了三阶法、两台阶法和全断面(带仰拱)开挖工法的全方位现场监控量测试验研究,并采用接触问题的罚函数法对初期支护和围岩间界面效应进行了围岩-支护结构数值分析。结果表明,台阶法开挖虽然有利于围岩稳定性的控制,但全断面带仰拱法开挖对围岩累积变形控制更好;不同工法条件下围岩开挖屈服破坏范围相近,其中全断面法开挖拱顶处受力较小而边墙下部至拱脚受力弯矩和轴力较大,但均能满足施工安全及结构受力要求;大型机械化配套施工的全断面开挖对围岩扰动次数少,施工进度更快,特别是对于IV、V级围岩可有效控制施工质量并提高施工效率。     

Ⅴ级围岩浅埋大跨双洞隧道施工力学行为及安全净距研究

为研究交叉中隔墙法（ＣＲＤ）在浅埋大跨双洞隧道Ⅴ级围岩条件下的适应性,基于ＡＮＳＹＳ有限元软件进行了二次开发,依托将军山隧道建立计算模型,开展了洞室开挖各施工工序下“围岩－支护”系统的动态施工力学行为研究,并对洞口段安全净距做了进一步的探讨。结果表明:隧道各开挖工序下围岩变形均呈突增态势,前四步开挖位移变化较大;洞室围岩应力随着开挖工序的进行在不断调整,最大主压应力总体上呈较高水平;隧道塌落区面积随着开挖工序的不断进行而增大;钢拱架的弯矩随着开挖工序的不断进行而调整;初期支护和二次衬砌在整个施工过程中的安全系数均满足要求。研究成果可为类似隧道工程的设计和施工提供参考。     

大型洞室分层开挖围岩位移释放率与支护效用探讨

针对大型洞室从上往下分层开挖和每一层从一端到另一端沿水平方向分步开挖的空间开挖特点,基于应力反转法研究了大型洞室分层分步开挖过程中不同部位围岩位移释放规律,基于摩尔应力圆法提出了围岩支护效用的定量评价方法.工程实例研究表明,大型洞室顶拱和边墙不同部位围岩在当前层开挖前、开挖过程中和开挖后的位移释放率都不一样;开挖过程中围岩屈服区体积演化是一个与应力释放系数相关的非线性变化过程;不同位移释放率条件下,支护系统对提高围岩强度的作用效用可通过支护前后围岩摩尔应力圆到强度特征曲线的距离来定量表述.     

V类围岩条件下岔洞稳定性数值计算分析及综合支护评价

破碎围岩条件下隧洞交叉部位稳定性是保证工程运行的关键因素,也是隧洞工程的研究热点。现以新疆某调水工程为例,采用有限差分计算软件,基于理想弹塑性本构模型,对V类破碎围岩条件下岔洞围岩及综合衬砌进行三维数值计算,得到围岩的应力分布、位移分布以及塑性分布特性,评价破碎围岩条件下岔洞的综合衬砌效果,并根据计算结果,提出岔洞的开挖及支护建议。研究结果可为岔洞开挖及支护提供参考。