隧道施工中围岩应力和变形探讨

运用FLAC3D建立了某一隧道三维地质模型并进行了分析。隧道开挖后,围岩应力进行了重新分布,拱顶、拱底、两侧边墙出现了应力集中现象,拱顶、拱底竖向位移较大;粘聚力c的大小对塑性区的范围影响很大,而泊松比μ和内摩擦角φ对塑性区范围的影响较小。研究能有效地对隧道开挖过程中围岩的应力、位移、塑性区进行预测,以降低隧道施工风险,确保施工安全。     

黄土隧道系统锚杆受力特性及长度优化分析

简要推导了Mindlin位移的黄土隧道系统锚杆轴力分布的理论解和弹塑性均质土体条件下围岩塑性区半径的理论解.以现场试验结果为依据,从拉拔力作用下系统锚杆的受力特性和锚喷支护中系统锚杆中性点的轴力两个角度出发,分析了黄土隧道中系统锚杆的受力特性及长度优化问题.     

侧部岩溶尺度及净距对盾构隧道围岩变形影响分析

以某地铁区间岩溶区盾构隧道修建为工程依托,对隧道三维动态盾构施工过程进行弹塑性数值模拟,分析盾构隧道施工时,溶洞尺寸以及溶洞与隧道间净距对隧道围岩变形及应力等的影响规律。研究结果表明：溶洞对隧道施工过程中围岩变形影响较大,围岩的径向位移及其释放率在有溶洞存在时有增大趋势,同时发现其随溶洞尺寸增加而增大;溶洞尺度及溶洞距盾构隧道间净距对围岩塑性区分布范围及形态以及衬砌结构受力特征等有比较大的影响;通过反复论证,确定了溶洞与盾构隧道问最小施工安全净距不应小于溶洞尺寸。本次研究成果可为岩溶区城市地铁隧道修建提供参考依据。     

深部隧道围岩的流变

隧道围岩的流变对于隧道的长期稳定性影响很大,尤其对于深部隧道来讲更是如此. 目前利用线性及非线性粘弹性流变模型对于隧道围岩的研究较多,初始状态多取为弹性状态. 但在深部,由于初始地应力很大,在隧道开挖后,可能会马上出现塑性区. 因此初始参照状态应该取为弹塑性状态,而且应该考虑塑性区及弹性区力学性质的不同. 现利用Shvedov-Bingham模型理论研究了隧道围岩在初始时刻出现塑性区情况下的流变情况,并考虑塑性区及弹性区力学性质的不同, 给出了流变区半径及应力应变的解析解,并分析了应力分布及流变半径的变化规律.     

超大断面公路隧道围岩变形及荷载释放率研究

超大断面隧道群多修建于山区,地质条件复杂且施工风险高、难度系数大,对其围岩变形及荷载释放率的研究可为此类工程的安全施工提供理论依据。文章依托济南绕城高速、京沪高速济南连接线龙鼎隧道工程,采用有限元数值仿真技术,分析了裂隙密集带对超大断面隧道围岩变形和塑性区分布的影响,研究了半步CD法施工隧道围岩空间荷载释放演化规律。结果表明:半步CD法施工超大断面Ⅳ级围岩隧道拱顶变形较大,但围岩位移在可控范围内;裂隙密集带对超大断面隧道围岩稳定性影响显著,其区域围岩塑性区和位移均处于最大状态;掌子面后方的较安全距离最小为5 m,而安全距离则应10 m。     

地应力释放对隧道围岩稳定性影响的研究

新奥法的基本原理要求"隧道围岩支护过程中,一方面允许围岩有一定程度的变形使其产生受力环区;另一方面,又必须限制围岩的位移量以避免围岩变形过大而产生严重的松弛卸载".结合正在施工的某隧道工程,采用数值方法对其开展在不同地应力释放下围岩稳定性影响的研究.结果表明:地应力释放越大,锚杆承担的荷载越小,围岩的塑性区发展范围越大.因此,在隧道开挖施工过程中,合理地控制围岩应力释放比例,可以有效地改善围岩的应力状态以及塑性区的发展范围.所得结果对深埋隧道围岩稳定性分析、确定合理的支护时机与支护措施以及制定合理的开挖方案具有一定的指导意义.     

浅埋软岩段隧道进洞施工变形特征与失稳分析

为研究隧道开挖过程中浅埋软岩段塌方变形特征,对隧道地质情况进行有效辨识,结合隧道施工过程围岩监测数据,并依据地质雷达探测结果建立三维数值模型并进行数值分析。研究结果表明:在隧道开挖阶段,拱底与拱顶位置均出现明显塑性区,伴随掌子面逐渐靠近围岩破碎区域,塑性区范围逐渐扩大并向拱顶右上方及围岩内部转移,破碎区域应力水平较低且位移显著增大,围岩完整性大大降低;不良地质构造是隧道发生塌方大变形的主要原因,降雨和地表水的入渗劣化围岩力学性质加速了隧道灾害的发生。对于隧道五级围岩浅埋段施工,应加强监控量测分析并及时做出预警,对关键部位开展超前地质预报工作。研究结果可以指导隧道塌方灾害的防治,对于实现隧道信息化施工具有借鉴意义。     

考虑围岩应力释放的饱和 Q2 黄土大断面隧道预留变形量研究

由于饱和黄土具有含水率高、强度低、稳定性差的特点,饱和黄土隧道施工过程中常遇到初期支护沉降变形过大、预留变形量难以确定等问题。考虑到饱和 Q2 黄土承载力小,无法计算位移释放率和体积释放率,应力释放率成为研究大断面饱和黄土隧道预留变形量的有效手段。鉴于此,本文提出了饱和黄土隧道围岩应力释放率计算思路,研究了围岩变形特性及预留变形量。结果表明,饱和软黄土隧道施工过程中,围岩最终变形量受施工时间影响较大,大多数断面在监测时间范围内仍有较大变形速率,围岩应力释放不充分;现场围岩应力释放率在 25% ~ 30% 之间,当应力释放率超过 30%,拱顶沉降量迅速增大,围岩易产生失稳;建议饱和 Q2 黄土隧道施工预留变形量为 35 cm,变形控制值在 25 cm。     

公路隧道正交下穿边坡与软弱夹层围岩稳定性分析

为分析山岭地区公路隧道-正交体系下，围岩内含软弱夹层导致施工过程易发生衬砌变形开裂甚至隧道塌方等问题，以某隧道边坡拟扩建公路为工程背景，基于抗拉剪强度折减法理论，采用FLAC^3D有限差分软件，研究不同边坡坡度和隧道埋深对该隧道-边坡围岩稳定性和安全系数的变化规律。结果表明：随着边坡坡度的不断增大，围岩最大剪切应变数值和分布范围逐渐增大，塑性区范围不断增大，围岩稳定性安全系数不断减小。随着隧道埋深的增大，围岩最大剪切应变数值先增大再减小后增大，但剪切应变范围不断增大，塑性区范围不断增大，围岩稳定性安全系数呈现先减小再增大。当无软弱夹层时计算的安全系数最大，当存在软弱夹层时，采用非同步折减法理论计算的安全系数比同步折减法较高。     

流固耦合作用下深埋高水压隧道稳定性的数值模拟研究

使用计算软件FLAC3D,在考虑水的流固耦合效应和不考虑水的流固耦合效应的两种情况下,分别对隧道围岩进行三维数值分析,得到了两种情况下的隧道围岩的应力场、位移场、塑性区的变化情况。试验模拟结果表明：考虑渗流效应的隧道,围岩压应力小于不考虑渗流效应时计算出的围岩压应力,但是此时的拉应力和剪切应力增加,围岩竖向位移变化不大,而水平位移相差很大,塑性区破坏的程度比不考虑流固耦合的情况的破坏程度要大。该情况将为该隧道施工和防渗设计提供依据。     

Seismic stability of loess tunnels under the effects of rain seepage and a train load

Loess tunnels are widely used in transportation engineering and are irreplaceable parts of transportation infrastructure. In this paper, a dynamic finite element method is used to analyze the coupled effects of a train vibration load and rainfall seepage. By calculating the variation in the safety factor of a loess tunnel because of the effects of various factors, such as different rainfall intensities and soil thicknesses, the dynamic stability of the loess tunnel is studied under the condition of a near-field pulse-like earthquake. The results show that the security and stability of the tunnel decrease gradually with decreasing burial depth. In addition, the plastic strain of the tunnel is mainly distributed on both sides of the vault and the feet, and the maximum value of the critical strain occurs on both sides of the arch feet. Because of the effects of the train vibration load and rainfall seepage, the safety factor of the loess tunnel structure decreases to a certain degree. Moreover, the range and maximum value of the plastic strain increase to various degrees.     

高地应力区隧洞开挖效应动态仿真分析

高地应力下的隧洞开挖过程中，围岩将产生动态的变化。以锦屏二级水电站引水隧洞为例，采用非线性三维有限元法。对其动态开挖过程进行了仿真模拟，分析开挖后的围岩应力分布与变化规律、变形规律与特征以及塑性区范围，为合理设计和施工安全提供依据。     

浅埋隧道施工方法的对比分析

隧道工程由于选用不当的开挖方法将会导致工期长、造价高等问题.以西施坡隧道浅埋段为研究对象,分别对大拱脚台阶法、交叉中隔墙法开挖过程中隧道围岩应力、位移变化进行数值分析.研究结果表明：交叉中隔墙法能有效地控制塑性区发展、地表沉降和拱顶下沉,其最大拉应力为0.82MPa,远大于大拱脚台阶法的最大拉应力0.07MPa.     

极限分析有限元法在节理裂隙隧洞中的应用

通过对节理裂隙隧洞非线性有限元模型进行强度折减,使隧洞达到不稳定状态,有限元计算将不收敛,此时的折减系数就是地下洞室的安全系数.同时折减岩体强度和结构面强度、只折减结构面强度,两种情况下得到的安全系数是一致的.将围岩塑性应变发生突变时的塑性区各断面中塑性应变值最大点的位置连成线得到了节理裂隙隧洞的破裂面.通过以上工作,评价了节理裂隙隧洞的稳定性和设计合理性,得出了几点有益的结论.     

层状黄土区域地铁隧道变形模拟分析

为解决层状黄土地区地铁隧道的安全施工,采用现场量测与Rocscience软件模拟分析相结合的方法,研究了全断面开挖过程中地铁隧道围岩的稳定性问题。研究结果表明,采用软件分析的结果与现场量测的结果基本一致,在隧道中心线两侧均出现了显著的沉降现象,由于地铁下腹地层为粉砂,所以开挖的隧道要及时闭合,并且要布置仰拱或是管片整体支护。     

富水高压隧道掌子面涌突水稳定性研究

富水地层隧道掌子面在水力作用下,易发生失稳,造成安全事故,因此确保隧道掌子面稳定性是保障正常施工的关键。本文以豹狸岗隧道修建过程中遇到的富水裂隙密集带为背景展开研究,采用流固耦合理论结合数值分析方法,建立模型研究掌子面失稳模式;基于突水突泥地层掌子面稳定性分析力学模型,模拟掌子面渗透破坏以及失稳过程,提出掌子面稳定性评价方法,确定了保障掌子面稳定的极限防突体厚度（掌子面与断层破碎带之间的距离）,以此来判别掌子面掘进至断层破碎带附近的加固时机。     

考虑非饱和黄土基质吸力影响的隧道病害分析

为深入分析非饱和黄土基质吸力变化与隧道病害之间的内在联系,结合大有山隧道的工程实例,利用非饱和黄土数学模型分析、等围压变吸力剪切试验、现场监测等手段对非饱和黄土基质吸力的变化规律及其对隧道支护力、塑性区的影响进行研究.结果表明:非饱和黄土基质吸力随着含水量的增加而减小时,隧道内部所需支护力则随之增大,塑性区半径也随之增大;由于受地表水下渗影响,大有山隧道周围土体基质吸力减小,导致其发生拱顶下沉、塌方及衬砌开裂等病害;大有山隧道病害治理的首要任务在于保持隧道排水系统的顺畅,并做好地表水的堵、截及隧道洞身的防水.     

软岩隧道施工变形修复方案优化研究

某隧道在建设过程中,由于上覆荷载大,围岩强度较低,围岩出现了较大变形,严重影响隧道安全,需对隧道进行修复.根据实际情况设计了反增加初期支护厚度和增加初期支护厚度并加固围岩2种修复方案,并依据实测地形分别建立了有限元计算模型,采用不同的工况模拟了隧道修复方案.对计算结果从围岩位移、应力、塑性区发展以及衬砌内力等方面进行了对比和分析.研究结果表明,围岩注浆对软岩隧道的围岩变形、围岩应力的控制效果优于仅采用增加初衬厚度的修复方案.此研究对类似隧道修复具有借鉴意义.