N-J水电站引水隧洞大变形段长期稳定性分析

深埋软岩隧洞围岩蠕变特性将会对隧洞的长期稳定性产生重要影响。以巴基斯坦N-J水电站深埋引水隧洞的泥质粉砂岩为研究对象,通过室内的三轴蠕变试验,建立了适用于该岩石的幂指数蠕变模型。通过对大变形段围岩变形监测结果的反演分析,得到了围岩体的蠕变参数,并基于此对引水隧洞软岩大变形段的长期稳定性进行了分析。结果表明,引水隧洞运营10年后,围岩的拱顶下沉增量为20.3mm,水平变形增量为18.1mm,衬砌的受力主要以压应力为主,最大压应力达到了63.4 MPa,主要出现在拱顶和拱腰部位,出现了局部的受压破坏,为保证隧洞安全,需在拱顶和拱腰部位进行加强支护。     

厦门岩内隧道长期稳定性分析

软岩隧道围岩蠕变特性会对隧洞的长期稳定性产生重要影响。以厦门岩内隧道为研究对象,对取自现场的全风化花岗岩进行了一系列三轴蠕变试验研究,建立了适用于该岩石的幂指数蠕变模型,通过对试验数据的分析得到了隧道围岩的蠕变参数。将全风化花岗岩蠕变模型嵌入到有限元程序中,对岩内隧道的长期稳定性进行了分析。结果表明,由于围岩的蠕变特性,隧道建成2年内围岩的变形较大,但逐渐趋于稳定。隧道运营10年后,围岩变形导致的衬砌破坏区主要集中在拱脚部位,面积较小,不会对隧道的长期稳定性产生影响。     

大坂引水隧洞工程变形监测及稳定性分析

“九九”大坂区各比选方案引水隧洞线均穿越第四系中、下更新统(Q f1 g-l2)地层,由于第四系地层为散体结构,国内尚无统一的围岩分类方法及标准,该地层的成洞条件对方案的比选起决定性作用。为此,在隧洞进口成洞条件相对较差的第四系下更新统地层上部布置原型试验洞,通过对第四系地层原型试验洞施工开挖全过程及后期变形监测,了解隧洞围岩的稳定性及变形特性,为隧洞的结构设计、施工开挖、支护等提供科学依据。     

木寨岭隧道大变形特征及机理分析

木寨岭隧道是国道212线改建中的控制性工程，地处青藏高原东北缘，地质条件复杂。隧道埋深大且地应力高，地下水丰富，断层发育，有5条大断层（总厚度273m，占全隧道长度的21．9％），岩体软弱破碎，隧道自稳能力差。隧道建设过程中，产生强烈变形和严重破坏。隧道最大累计下沉和水平收敛分别达1．712和1．081m；围岩初期变形迅速，变形速率大，变形持续时间长，隧道破坏严重，主要表现为拱顶下沉、边墙内挤、喷混凝土剥落、钢拱架扭曲、底鼓及仰拱开裂翘起、衬砌开裂等：变形破坏具有重复性和相似性。从围岩的岩性条件、地下水条件、地应力条件以及隧道变形破坏特征等方面，探讨了该隧道大变形的原因和机制，认为它是围岩塑性流动与围岩膨胀变形综合作用的结果。基于对围岩动态演化机制的正确认识，从围岩控制角度，修正并制定新的返修方案，对大变形段实施返修并取得了成功，同时将研究成果用于指导相同地质条件的后洞段施工，确保了隧道安全顺利贯通。     

强震区软岩隧道大变形破坏特征及其成因机制分析

 对在建的穿越5•12强震区发震断裂带上广甘高速公路杜家山软岩隧道中多次出现的大变形及塌方等地质灾害特征、影响因素及其成因机制的分析表明：强震区软岩隧道变形破坏多以坍塌为主,且多数发生于掌子面附近;围岩自稳能力差及地下水对岩体的软化作用是隧道发生变形破坏的主要诱因,但5•12强震及后期余震作用形成的大量深部震裂损伤岩体也是产生上述现象的重要因素之一,复杂的区域环境造成设计、施工中类似经验不足也是引发上述现象不可忽视的重要环节。研究表明,对于强震区软岩隧道应结合现场实际情况适当调整围岩的预留变形量及安全控制基准,加强原有的支护参数,施工中重视各环节的工艺衔接,采用以三台阶+预留核心土的微台阶法可有效控制上述灾害的产生。     

考虑渗流-应力耦合效应的深埋引水隧洞衬砌损伤演化分析

高地应力和高(外、内)水压力是影响深埋引水隧洞围岩稳定性及衬砌结构安全性的主要因素.基于等效饱和多孔介质理论,将裂隙岩体和衬砌混凝土视为具有透水特性的弹塑性损伤材料,并考虑各自的变形特性与渗透系数的动态演化规律,进行锦屏二级水电站深埋引水隧洞围岩与衬砌结构施工期和运行期渗流-应力全耦合分析.分析结果表明:施工期隧洞周边排水对开挖损伤区影响较大,内水外渗现象对地下水位和围岩结构的安全性影响不大,但内水外渗情况下隧洞的开挖损伤区对衬砌结构较为不利,将导致该部位混凝土出现拉损伤区和压损伤区,应对开挖损伤区采取一定的处理措施.     

大直径越江盾构隧道各向异性渗流应力耦合分析

 上海长江隧道的直径和一次连续掘进距离迄今均为世界之最。隧道平均覆土9.0 m,最浅覆土仅6.8 m。为控制高水头下浅覆土中特大径盾构推进时管片的上浮,采用单液同步注浆工艺。用能够考虑土体渗透系数随应力状态变化的弹塑性各向异性渗流应力耦合模型,对上海越江隧道东线江中段的施工过程进行数值分析。结合实测数据,揭示盾构推进时管片上浮量和管片外侧孔隙水压力的变化规律,研究变形稳定后管片外侧及拱顶正上方各点孔隙水压力的分布状况,分析不同水深时地下水渗流对地表沉降和管片受力的影响。研究结果表明,目前采用的单液同步注浆材料及工艺能很好控制管片的上浮,管片变形稳定时壁后各点孔隙水压力与静水压力比值随深度增加而增大,水的作用使管片受力趋于均匀,但应注意高水位引起的高孔隙水压力对管片受力带来的消极影响。     

双联动软岩渗流–应力耦合流变仪的研制

 为研究软岩的长期力学特性,研制双联动软岩渗流–应力耦合三轴流变仪。该仪器特别适用于软岩、硬土在不同应力条件下的流变特性。仪器采用先进的伺服控制、滚珠丝杠和液压等技术组合,能自动稳压、自动记录应力–位移曲线、温度历时曲线。设备除了能够实现普通三轴试验机的功能,由于其独特的设计形式,还可以同时对2个试样实现相同轴压、不同围压、相同水压的力学试验;可以进行围压控制、孔隙水压力控制,同时可以测量孔隙水压力等等。使用情况表明,该试验装置结构简单,稳定性好,精度高,是一套功能齐全、使用方便的试验装置。     

冲沟走向对大跨软岩隧道稳定性影响研究

以集呼高速旗下营隧道为依托,建立了隧道三维有限元模型,数值研究了不同冲沟走向对隧道围岩稳定性的影响,结果表明,较横向冲沟而言,冲沟走向平行隧道走向时,冲沟对隧道围岩拱顶沉降和周边收敛的影响较大,施工过程中应加强拱顶沉降的监测工作,以保证隧道施工过程中的稳定性。     

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。     

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。     

交叉隧道施工对已有隧道稳定性影响研究

 近接隧道施工过程中面临地质条件复杂、围岩扰动较大等诸多问题,合理施工方法的研究极其必要。以从莞高速新建走马岗公路隧道上方穿越东深供水隧洞工程为背景,首先,结合现场振动安全的施工要求,采用数值计算提出交叉段合理施工工法。同时,在交叉段施工过程中,对在建隧道的围岩压力、初期支护结构的受力情况以及既有供水隧洞的断面收敛等进行了实测,结果表明：在建隧道的围岩压力10 d内基本稳定,拱腰位置围岩压力较大,右侧拱腰最大为0.2 MPa,之后缓慢减小并趋于稳定。既有东深供水供水隧洞内安全监测数据表明：断面收敛及混凝土应变均相对较小,在安全范围之内。研究成果与方法可为类似工程提供参考。     

锦屏二级水电站引水隧洞围岩稳定分析及支护设计

锦屏二级水电站引水隧洞地处高山峡谷地区,埋深大、洞线长,高地应力、高外水压力问题突出。按照围岩是地下工程中主要的承载结构这一设计思想,应用弹塑性有限元法分析了锦屏二级水电站引水隧洞开挖及支护过程中围岩的变形规律与特征、围岩应力分布及其变化规律、塑性区范围,比较研究了不同渗控方案对隧洞围岩和衬砌的工作状态的影响,得出了一些对高地下水位条件深埋引水隧洞的支护设计有普遍意义的结论。     

高地应力软岩隧道合理支护方案研究

 基于高地应力软岩隧道明显流变效应的特点,提出在喷锚网支护的基础上增设U型钢可压缩支架和泡沫混凝土填充层的支护方案。利用建立的U型钢连接件力学模型和围岩与支架接触模型,分析2种支护方案下,宜昌-巴东(宜巴)高速公路峡口高地应力软岩隧道的长期稳定性。研究表明：(1) 建立的U型钢可压缩支架的连接件力学模型和围岩与支架之间的接触模型可以很好地反映支架缩动性与摩阻力之间的关系;(2) U型钢可压缩支架和泡沫混凝土填充层的联合支护既可以吸收围岩的流变变形,减小二次衬砌上的形变压力,又可以提供稳定的支护力,有利于高地应力软岩隧道的长期稳定。     

大跨径尾水岔洞开挖与衬砌稳定分析

 针对目前国内外水利工程中大跨径地下尾水岔洞开挖与衬砌稳定分析现状,对其存在的主要问题进行讨论。总结大跨径尾水岔洞开挖与衬砌稳定的分析方法,包括数值模型建立原则、分析内容、流程、评价指标等。应用此分析方法,对溪洛渡水电站尾水岔洞开挖与衬砌稳定开展研究,包括大跨径尾水岔洞开挖过程中变形、应力及屈服区分布特点,以及不同应力释放荷载条件下的喷锚支护效果;针对运行和检修工况,分析岔洞围岩、衬砌结构的变形及应力分布情况,变形计算结果与监测结果一致。通过实际工程分析与应用,表明所建议的大跨径地下尾水岔洞开挖与衬砌稳定分析方法可用于指导同类岩土结构工程设计。     

基于流固耦合理论的连拱隧道围岩稳定性分析

以湖南省常吉高速公路新修建的一些大跨度连拱隧道为工程背景，基于流固耦合分析理论，利用快速拉格朗日有限差分法对连拱隧道围岩稳定性进行分析。主要考虑流固耦合效应作用时，围岩级别、隧道埋深、地下水位以及施工工法和初期支护等因素对围岩稳定性的综合影响，得到Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ级围岩在各种情况下隧道开挖后围岩最大主应力、洞周位移、塑性区、孔隙水压力分布以及喷锚支护受力特征等结果，探讨连拱隧道开挖渗流机制，并分析深埋连拱隧道开挖后的孔隙水压力场分布特征。研究结果直接指导该高速公路二期工程中的隧道防排水施工和支护措施的改进提高，为富水地层条件下的隧道工程开挖设计提供一定的理论参考。     

管棚法应用于软土地层的稳定性分析

在软土地区采用管棚法施工浅埋隧道,管棚间以及掌子面土体的稳定是影响“棚架体系”能否发挥的决定性因素。首先分析影响管棚间土体形成微拱的因素,根据莫尔-库仑抗剪强度理论,推导管棚间土体形成微拱的判定方法,即拱顶和拱脚同时处于稳定状态。其次将掌子面稳定假定为上覆荷载作用下的三维边坡稳定问题,推导管棚法隧道掌子面稳定的判定方法。最后以杭州市一过街通道为例,应用上述判定方法,对管棚间土体以及掌子面稳定进行计算分析,并提出合理建议,保证隧道的安全。     

隧道及地下工程围岩的屈服接近度分析

根据围岩中接近屈服面区域的安全程度的差异,对非塑性区的危险程度进行定量研究具有重要的理论意义和工程应用价值。通过分析Mohr-Coulomb准则以及其他屈服准则在主应力空间中非屈服应力点和屈服面的关系,在经典塑性理论框架内定义了屈服接近度指标,并建立了相应于各种不同类型的屈服准则的屈服接近度求解函数。通过对一受单断层影响的城门洞形隧道算例的分析,表明破坏接近度的定义是合理的,这一分析方法可以使得工程师以定量的概念来把握和判断围岩中不同区域的危险性程度,便于相互比较和相似工程间的比较,对于分析隧道及地下工程围岩破坏区的演化及安全度评价具有重要的实用价值。