大横琴山隧道大跨段施工变形受力分析

为研究大横琴山一号隧道施工时围岩位移及应力变化规律,采用有限元模拟软件,对大横琴山一号隧道进行三维数值模拟,得到隧道围岩竖向位移云图、地表沉降及围岩应力云图。结果表明:在右半导洞开挖时隧道上方竖向位移呈扇形分布,左半导洞开挖时呈树杈形分布;在开挖完毕后,先开挖部分的围岩应力较后开挖部分的围岩应力大。     

单洞双层隧道围岩力学特性分析

单洞双层隧道作为一种新的隧道形式,不同于分离式隧道和连拱式隧道.用大型通用有限元软件ANSYS,对单洞双层隧道和分离式隧道开挖后的情况进行了数值模拟.分析开挖后围岩的应力和位移变化情况和塑性区分布,通过对比得出在浅埋情况下,两种隧道围岩应力和位移分布基本一致,地表沉降和分离式隧道相当,隧道对围岩扰动深度较大,边墙是其薄弱部位,应力松弛明显,水平位移较大,塑性区水平方向分布较大.     

邻近水库长隧道开挖施工数值模拟分析

厦门市海沧货运通道(马青路—疏港通道段)工程海新3号隧道为靠近水库的双向6车道分离式长隧道,为分析水库蓄水对隧道的影响,保证隧道开挖安全,并为地下水排放及控制分析提供参考,采用MIDAS/GTS有限元软件模拟隧道开挖过程,研究隧道围岩位移、应力变化,并分析围岩稳定性与渗流量.研究结果表明,隧道开挖后围岩位移一定程度上受...     

盾构掘进过程中围岩变形规律的研究

无论采用什么样的施工工艺开挖隧道,都不可避免隧道开挖过程中围岩的应力释放。通常,土体颗粒在新的应力平衡条件下发生位移,引起围岩变形,变形较大时更可能诱发隧道失稳坍塌,最终破坏。为此,对隧道在开挖过程中围岩的变形规律的研究一直从未间断。并结合工程实例,建立三维有限元分析模型,通过对比理论计算和实测数据相结合的方法,对盾构法施工隧道掘进过程中围岩的变形进行了深入的研究,总结了盾构施工过程中围岩变形规律,能够为类似工程设计及施工提供参考意义。     

隧道台阶法施工模拟及监控方案制订

为了对围岩稳定状态有正确评价,控制隧道开挖时机,了解隧道开挖过程中应力、位移分布情况,制订合理监控方案,以确保隧道施工的安全和稳定。采用ANSYS模拟隧道开挖过程,分析隧道施工过程围岩应力及位移分布变化情况,为隧道监控量测提供理论依据。     

浅埋海底隧道的围岩应力解析解

海底隧道属于浅埋隧道,较之普通隧道水源补给无限,水的作用对海底隧道围岩应力场的影响不可忽略。基于Verruijt提供浅埋隧道求解基本方法,同时考虑自重及水的作用,将海底隧道问题分解为四部分进行求解。根据求得的浅埋海底隧道的围岩总应力场,考虑海底隧道开挖的短期和长期效应,分别得到了海底隧道开挖后短期、长期有效应力。基于该解析解研究水的作用对海底隧道围岩应力场的影响,结果显示:(1)考虑水的作用洞周环向有效应力较不考虑水有了较大提升,长期效应由于超静孔压的消散较短期效应洞周环向有效应力显著增长;(2)围岩最易发生破坏的位置是拱腰位置,而水的作用使得隧道洞周较不考虑水更易破坏;(3)不管长期效应还是短期效应,水深越大整个隧道的洞周环向有效应力越大。     

爆破施工下小净距隧道围岩稳定性分析

针对辽宁地区某公路隧道的地质情况和施工条件,重点讨论了小净距隧道爆破过程对施工中围岩应力、位移和间距的影响。提出采用有限元法研究小净距隧道爆破施工过程中每步开挖围岩的应力应变状况,以此优化设计方案。爆破荷载以均布压力荷载的形式垂直于洞壁方向作用在隧道洞壁上。结合本隧道台阶法开挖过程提取8个关键点应力应变值。模拟结果显示,开挖前期拱腰受力明显,此后边墙底部应力增长迅速,两洞的内侧边墙应力都普遍大于外侧边墙应力,而应变矢量和最大处主要集中在洞顶。中岩柱左侧的应力应变始终大于右侧说明开挖过程对先行洞侧的中岩柱扰动影响最大,同时左洞中台阶开挖完毕后中岩柱两侧位移差逐渐增大说明中岩柱有膨胀破环的趋势。     

超大断面隧道围岩的稳定性分析

根据地下结构设计理论和岩石屈服的Dmcker—Prager准则,考虑到围岩的自身承载能力,采用有限元对广西柳州一处公路隧道围岩的稳定性进行了分析。考虑到开挖方式、开挖顺序对围岩稳定性的影响,对围岩的开挖过程进行模拟。确定不同开挖方式下隧道围岩的位移、应力状态,以及位移、应力状态随时间的变化规律,为隧道施工过程中开挖方案的制定、支护时间的选取提供了依据。     

小净距隧道开挖方法的研究

本文利用ANSYS软件对小净距隧道在不同开挖方法下的围岩的变形及应力进行数值模拟。通过对先开挖隧道位移变化特征、围岩应力进行研究,得出Ⅲ级围岩条件下小净距隧道的合理开挖方法。     

软岩隧道湿喷纤维砼支护施工过程非线性分析

在赣州-龙岩铁路DKl33 095～DKl38 237段软弱围岩单线隧道施工过程中,采用湿喷纤维混凝土作为支护结构.介绍了隧道围岩的地质情况和隧道湿喷纤维混凝土支护结构施工工艺,采用非线性有限元法对软弱围岩条件下的铁路隧道施工过程进行了数值模拟.分析模型考虑了台阶步施工过程中围岩应力的释放效应,分析了围岩和支护结构体的非线性力学行为的应力场分布、位移场,围岩塑性区分布特征,并指出台阶步开挖时拱顶下沉、底板上鼓、墙腰收缩的主要控制因素.     

平面三向应力场中隧洞位移解及变化规律研究

为了揭示复杂应力场中隧洞围岩位移变化规律,基于平面三向应力场中圆形隧洞析解理论,推导了平面三向应力场中隧洞围岩位移解析解,并通过Matlab软件编程,研究了围岩位移随应力场环境的变化规律.结果表明:平面三向应力场中各因素对塑性区半径的影响规律与双向应力场中相似;平面三向应力场中当应力场比例系数λ1=1.0,λ2从1.0...     

考虑中主应力和剪胀的深埋圆形隧道黏弹塑性蠕变解

深埋圆形隧道的开挖支护是与时间相关的复杂力学过程。为了描述这一过程,假设隧道围岩为Burgers体与Drucker-Prager准则组合的黏弹塑性模型。隧道开挖支护完成瞬时围岩表现为弹塑性,此时考虑中主应力的影响,推导出原岩应力和支护反力共同作用下的应力场;随后,假设此应力场保持不变,隧道围岩表现出随时间变化的蠕变性能,进一步推导出深埋圆形隧道考虑剪胀性能的围岩蠕变位移解析式;结合实际算例,分析围岩剪胀角与支护反力对深埋圆形隧道围岩蠕变位移的影响规律。结果表明,剪胀角的变化会对隧道围岩蠕变位移产生较大影响,而支护反力并不能完全控制高地应力作用下的深埋隧道围岩位移随时间的持续增加。     

基于黄土联合强度的黄土隧道围岩应力及位移研究

隧道围岩应力及位移计算问题是隧道工程界中传统研究课题之一,但黄土抗拉强度在黄土隧道围岩应力及位移计算中存在的影响需要进行合理性评价。基于建立的可综合考虑黄土抗拉和抗剪特性的联合强度,开展了极限应力平衡分析,重新推导了强度破坏曲线的主应力表达式;然后重新确定了轴对称圆形隧道条件下黄土围岩塑性区半径;最后得到了隧道周边黄土围岩位移表达式。研究结果表明:在围岩塑性区应力计算与比较中,基于联合强度确定的围岩塑性区应力小于基于传统的Mohr-Coulomb理论确定的围岩塑性区应力,而塑性区半径和隧道周边围岩位移相对较大;基于拉强度建立的联合强度理论克服了Mohr-Coulomb理论高估黄土抗拉强度的缺陷,可以合理评价黄土隧道围岩应力及位移。     

圆巷开挖围岩偏应力应变能生成的分析解与图解

巷道开挖在围岩中产生偏应力,围岩应力是原岩应力与偏应力的叠加,偏应力或偏应力能控制岩体破坏。在假设静水压力和体积应变等于零条件下,利用文献[1]在弹性、非线性硬化和软化光滑连接的本构模型导得的圆巷围岩弹性、硬化和软化区光滑连接的应力分布表达式,用重积分计算了圆巷围岩弹性、硬化和软化区中的偏应力应变能U d,证明了Ud可以简捷地用地应力关于巷壁位移做一次积分再乘以巷壁周长得到。由此,可通过地应力–巷壁位移关系曲线及其所围面积的几何形式表示围岩偏应力能随巷壁位移变化的情况,此研究结果可以深化由于巷道开挖围岩的力学响应及挖成后巷道围岩工况规律的认识。     

隧道原位单侧扩挖围岩力学特性解析分析

为通过解析计算分析隧道单侧扩挖围岩力学特性的特点,考虑到围岩支护对隧道围岩的稳定起到重要作用,针对已有的隧道围岩力学解析解,在考虑支护反力作用的情况下,结合Schwarz交替法进行求解,提出了隧道原位扩挖围岩力学特性计算的解析算法。经大帽山隧道原位扩挖工程的围岩变形监测数据与abaqus数值模拟验证,结果表明:在考虑支护情况下隧道原位扩挖Schwarz交替法能得到较精确的围岩力学性质,该方法有较好的适用性。随着扩挖宽的的增加其围岩特性如下:(1)在相切处即原隧道在开挖施工部分应力值变化较大,扩挖部分的环向应力在拱顶处有拉应力产生。(2)原隧道竖向,水平位移值变化较小,较稳定。扩挖部分的竖向位移有增大趋势,水平位移有收敛趋势。(3)相较于无支护的情况,有支护力作用下,隧道扩挖水平位移变形趋向于稳定,竖向位移变化较小。     

陡倾岩层隧道开挖力学特性研究

陡倾岩层隧道由于层状结构的存在,在开挖过程中,围岩的破坏机理与方式、围岩与结构的变形、受力等特征明显不同于其它岩体隧道。本文在陡倾岩层隧道开挖破坏机理探讨的基础上,通过三维数值模拟,对不同陡倾角条件下围岩与结构的变形、受力特征进行了计算,分析了隧道开挖力学特性与倾角的关系,提出了陡倾岩层隧道设计施工建议。计算结果表明:倾角越大,隧道发生顺层滑移破坏的概率越大,地表沉降、拱顶位移、围岩主应力随倾角的增大而增大,但拱脚位移、围岩剪应力、喷射混凝土内力与倾角并非一致性关系。     

基于隧道断面相对变形率判定围岩稳定性的研究

目前常用的判定围岩稳定性手段主要是监测隧道特征点或测线位移,但这种监测方法评价围岩稳定性存在诸多弊端。为此,本文从应变能角度对隧道围岩系统势函数进行理论分析。首先推导了围岩4个分区的应力、应变及位移表达式,进而分析各个分区的应变能,据此建立了隧道围岩系统势函数,并根据软岩破坏时的全应力应变曲线特征,确立隧道围岩系统势函数尖点突变模型,提出了定量评价围岩稳定性的理论依据。利用数值模拟手段,分析了不同荷载释放系数下隧道围岩特征点或测线位移、隧道围岩系统势能、隧道断面相对变形率3类指标变化规律。根据尖点突变模型,利用3类指标对围岩稳定性做出定量评价,并对3类指标下围岩破坏时的荷载释放系数进行对比分析,探讨了利用断面面积相对变形率指标判定围岩稳定性的可靠性。     

复杂地质条件下公路连拱隧道开挖稳定分析

通过对金丽温高速公路土羊湾连拱隧道的复杂地质条件进行调查和分析,利用ANSYS软件模拟了隧道开挖及加固过程,分别详细分析了在不同开挖步中隧道区域围岩的变形场和应力场及其变化特征。分析结果表明由于中隔墙和衬砌的重力作用,加固后围岩的向上位移值减小而向下位移值增加;而加固后研究区域的Y向应力均减小,说明衬砌很好地起到了加固围岩的作用。     

溶洞位置对巷道围岩破裂过程的影响分析

利用二维真实破裂过程分析软件RFPA^2D建立了在静载荷作用下含溶洞巷道围岩破坏过程的数值模型,分析了巷道拱顶、侧部及底部围岩中存在溶洞三种情况下巷道围岩的破裂过程,并与不含溶洞巷道的情况进行了对比。结果表明,巷道围岩中溶洞的存在,使得巷道围岩应力场和位移场的分布发生变化,在溶洞与巷道之间区域应力集中程度较大,破坏总是发生在巷道邻近溶洞一侧且与溶洞距离最近处。在相同加载条件下,三种情况中底部存在溶洞时围岩最先发生破裂,并迅速与溶洞贯通,使巷道底板破坏,底部溶洞对巷道的稳定性最为不利。在巷道周边存在的不同分布位置的溶洞,使得巷道围岩各部位的应力集中程度不同,靠近溶洞侧的围岩应力集中程度较大,围岩位移变化较大。