富水黄土隧道围岩软化对结构受力影响研究

以银百高速榆林子隧道为依托工程,通过有限元软件ABAQUS温度场模块摸拟隧道施工围岩软化过程,研究了富水黄土隧道围岩在不同软化阶段和软化范围工况下,隧道围岩、初期支护、仰拱填充层的位移和应力的变化规律。结果显示：拱顶沉降和仰拱填充层隆起随软化范围的扩大而增大,而隧底隆起减小,仰拱填充层隆起在软化范围3 m时趋于稳定;围岩软化对仰拱填充层中心影响最大,而仰拱填充层拱脚处几乎不受影响;围岩软化后在初期支护拱脚位置产生最大拉应力,拱墙和拱顶应力变化不明显;塑性区以内是围岩软化的主要影响范围,需特别关注塑性区内的地下水赋存状态。     

高地应力隧道仰拱变形规律及防治办法浅析

高地应力地段隧道施工中,由于施工扰动造成地应力二次分布,致使仰拱衬砌承受较大的地应力,若施工工艺不到位或设计人员对区域复杂地质认识不足导致设计参数不够,施工作业完的仰拱将会发生隆起开裂,影响下一步工序的使用。论文阐述了高地应力隧道仰拱变形普遍形变规律,提出了监测仰拱变形量,根据变形发展程度决定填充施工作业时机,或者变更设计参数,加强措施后监测变形量,决定填充施工作业时机,为避免高地应力隧道仰拱施工作业后的大变形提供了参考。     

浅埋交叉隧道地震动力响应及减震措施研究

运用ADINA软件中的Newmark直接积分法和Mohr－Coulomb弹塑性模型,计算了交叉隧道运行期,在不同地震动波和不同方向地震激励作用下,隧道顶部不同覆土厚度时动力响应规律;分析了衬砌厚度变化对隧道地震反应的影响。计算结果表明:垂直于隧道轴线方向的地震波对隧道结构影响最大,对于立体交叉隧道最大位移、最大加速度一般发生在上部隧道顶板中间位置处,而最大主压应力一般出现在隧道顶板与边墙连接处,这些部位是结构安全的关键点,设计时应重点关注;随着隧道顶部覆土厚度的增加结构相对位移、加速度和应力都有所增加,且位移和应力变化比加速度大,当覆土厚度增加到一定程度时,响应将基本趋于稳定;随着衬砌厚度的增加结构最大相对位移和应力逐渐减小,而加速度将逐渐增大,但减小和增大幅值随衬砌厚度增加而越来越小。     

上覆水平煤层采空区衬砌受荷模型试验研究

隧道近接上覆水平采空区地层施工易扩大上覆围岩松动范围,增大松动荷载,为探明隧道衬砌结构受荷特性,采用室内相似模型试验量测了上覆水平煤层采空区地层隧道二次衬砌结构内力(轴力、弯矩),分析了不同边界压力作用下位移、轴力和弯矩的变化情况和特定压力下间距对二次衬砌受力的影响。结果表明:上覆采空区对洞周位移和二衬内力造成了一定影响,采空区底板与隧道间距越小,位移越大,当竖向压力为1000 k Pa时,与无采空区工况相比,0.5D工况最大位移增加93.73%,1.0D工况增加27.90%;弯矩和轴力的增加越明显,当竖向压力为500 k Pa时,与无采空区工况相比,间距0.5D工况最大弯矩增加139.68%,间距1.0D工况最大弯矩增加34.39%,采空区的存在导致轴力分布形态变化较大,间距0.5D工况平均轴力增加78.39%,间距1.0D工况平均轴力增加37.81%;最大偏心距出现在仰拱部位,承载能力相对较低,是隧道主体结构的薄弱环节;二次衬砌仰拱位置最先开裂,煤层采空区对裂缝展开顺序有一定影响。     

黄土隧道仰拱结构受力特性试验研究

以兰州某公路隧道为工程研究背景,通过现场监测发现隧道仰拱出现开裂现象,研究分析隧道中的围岩压力、钢架应力、一次衬砌混凝土应力、钢筋应力、回填层混凝土应力的受力特性,总结了各部位应力或应变随时间变化的关系,并采用结构力学求解器对仰拱结构的安全性进行计算。结果显示:仰拱拱脚处向下弯曲,而拱底呈隆起状态,通过计算判定引起开裂现象的原因为仰拱开挖深度不够,随着仰拱拱高的增加,仰拱结构整体的安全系数逐渐增大,拱脚与拱底等危险部位也逐渐转变为安全状态,当仰拱拱高提高到1.88m时,即可满足该隧道的最大安全系数要求。本文研究的方法和结论对黄土隧道仰拱开裂的研究具有一定的指导和借鉴意义。     

天津地铁Z2线隧道渗漏对地面沉降影响的研究

基于天津地铁Z2线工程,在Plaxis3d软件中建立有限元模型,采用等效渗透性的方法来进行渗漏模拟,分析渗漏时隧道埋深、渗漏位置对地面沉降的影响。研究结果表明,当其他条件一定时,随着隧道埋深的增加,隧道渗漏量会增大,但地面沉降量会减小;当隧道渗漏量一定时,浅埋隧道渗漏所引起的地面沉降量远大于深埋隧道渗漏所引起的地面沉降量;隧道顶部渗漏引起的地面沉降量最大,侧面渗漏次之,底部渗漏最小,并且隧道底部渗漏时,下卧土层会有隆起现象。     

软岩隧道底部结构对衬砌内力影响的试验研究

文中采用室内模型试验,对软弱围岩隧道衬砌内力受不同隧底结构影响进行了研究。考察隧道仰拱与仰拱填充采用分次浇筑和整体浇筑时的衬砌受力特征,并研究了中心水沟对衬砌结构力学特性的影响。试验表明:在软弱围岩且高应力作用下,将仰拱与仰拱填充整体施作可有效缓解或克服仰拱破坏甚至隧底隆起;仰拱与仰拱填充整体施作时,可增加软弱围岩隧道底部结构的承载能力,能有效提高隧道整体的安全性,但需对拱腰处结构采取加强对策;当施作中心水沟后,会削弱或完全消除仰拱与仰拱填充整体浇筑带来的结构补强效果,建议软弱围岩的双线隧道不采用中心水沟。     

高地应力层状岩体中隧道合理支护方案研究

由于高地应力和层状岩体的共同作用,段家坪隧道不同里程处出现了不同程度的破坏。为了得到合理可靠的支护方案,利用FLAC3D有限差分软件和3DEC离散元软件,对不同初支仰拱曲率、不同缓冲层厚度以及设置阻尼器这几种支护方案进行了数值模拟。通过对模拟结果中隧道拱顶和仰拱竖向位移的分析得出,当初支仰拱曲率为1∶6和缓冲层厚度为10 cm时,隧道变形较小,并且经济性较高,而在隧道拱顶、仰拱设置阻尼器较其他支护方案而言,可以更好地改善二衬的变形。     

考虑围岩强度劣化的隧道仰拱隆起变形分析

针对高速铁路隧道底部结构隆起变形问题,基于强度劣化理论,给出了泥质沉积岩地层条件下围岩强度降低引起的底部结构隆起变形机理模型。将强度劣化理论应用于数值模拟计算,结果表明隧底部结构隆起变形量随着围岩黏聚力的降低而增大;模拟值与现场监测数据变形量中线最大值相差约16.1%,边线最大值相差约11.3%;底部结构隆起变形趋势大致相符。将现场实测值仰拱隆起变形量与模拟值进行比较,得出围岩黏聚力降低随时间变化呈非线性趋于稳定,验证了强度劣化模型的适用性;仰拱填充层塑性区范围随黏聚力降低由排水沟开始逐渐向下、向两边扩展,黏聚力降低40%时塑性区拉破坏区域与现场监测裂缝位置大致相同。研究结果可为以后此类围岩隧道结构断面设计应考虑的围岩强度劣化提供参考。     

应力场对缺陷隧道承载力影响的模型试验研究

隧道在施工及使用过程中结构的稳定性受众多因素影响,但最重要的影响因素归纳起来主要有两点:岩体条件及应力条件.同时,公路隧道在建设过程中由于受施工条件等诸多因素限制而易造成衬砌厚度不足,而对于存在缺陷的隧道受上述因素的影响研究目前尚不多见.基于此,以重庆市在建的笔架山隧道为现场原型,在室内采用几何比为1:25的大比例模型试验,全面研究结构在相同缺陷、不同围岩、不同地应力场作用下,隧道产生病害的形式、规律以及承载力的大小,得出不同围岩条件下地应力场对结构承载力的影响程度大小的结论,以期为今后的维修加固提供指导依据.     

多因素影响隧道仰拱竖向位移回归探析

文章针对设计中难以通过理论精确预测铁路隧道底鼓病害的情况,探究在不同膨胀应力、不同矢跨比和不同衬砌厚度三个因素共同影响下隧道仰拱位移规律。通过不同因素组合的数值模拟,进行隧道底鼓病害的正交试验研究,以仰拱位移为目标函数,通过理论分析建立回归模型,通过回归分析得到可靠的预测模型。分析结果表明:膨胀应力、仰拱矢跨比、衬砌厚度对仰拱纵向位移均有显著影响,且仰拱纵向位移与膨胀应力呈正相关;与衬砌厚度倒数呈正相关;与仰拱矢跨比呈复杂的非线性关系。以上成果能够用于隧道底鼓预测分析,为隧道设计工作提供了支撑资料。     

深埋隧道溶洞岩体防突层安全厚度研究

为防治深埋岩溶隧道开挖诱发的围岩突水灾害,文中依托巫镇高速笔架山隧道,在考虑溶洞水压条件下研究了充水溶洞位于隧道不同方位、不同距离以及不同埋深时隧道围岩塑性区变化规律。研究结果表明,溶洞位于隧道底部时洞内水压对岩体支护作用最为显著,但该位置的防突层安全厚度受隧道埋深影响最大;溶洞位于隧道顶部时防突层安全厚度对隧道安全影响最大;防突层安全厚度随着隧道埋深的增大而增加;计算所得最小安全厚度为3.9～13.1m,在任意位置情况下,防突层安全厚度均随隧道埋深增大而增加,该预测模型可为隧道突水灾害防治提供参考。     

双线盾构隧道施工沉降影响规律研究

以某地铁盾构项目为依托,基于正交试验设计方法针对三种不同影响因素(注浆量、掘进推力、注浆压力)制定三因素四水平正交试验方案,并利用有限差分方法研究不同施工方案条件下地面沉降规律,然后通过极差分析和方差分析方法获得了三因素组合的最优方案,最后通过非线性拟合方法构建了盾构掘进施工的地面沉降预测公式。结果表明：单线隧道掘进过程中,开挖面上端的土体发生沉降,开挖面下端的土体会发生隆起;单线隧道开挖完成时,隧道处地面沉降最大,向两侧随着距隧道距离的增大,地面沉降逐渐变小;右线隧道开始施工时,对已完成的左线隧道周围的土体再次产生扰动,增加了左线隧道的地面沉降;当双线隧道都开挖完成时,地面沉降在两隧道中心线处沉降最大,向左右两侧沉降逐渐减小;三种因素对地面沉降影响大小的顺序为掘进推力、注浆量、注浆压力。     

地下水对软土盾构隧道施工的影响规律分析

潜水和承压水是地铁软土区间盾构隧道施工过程中的主要危险源,为研究潜水水位变化和承压水水压变化对区间隧道施工的影响,采用FLAC3D软件,选用修正剑桥模型,对不同潜水水位和承压水头作用下盾构隧道的地表沉降、衬砌内力等进行分析。研究结果表明,当隧道洞身全部位于地下水中时:(1)潜水条件下,考虑渗流时地表最大沉降量比不考虑渗流时增大约50%;盾构隧道最大地表沉降与潜水水位呈线性关系;(2)承压水条件下,考虑渗流时地表最大沉降量比不考虑渗流时增大约10%,盾构隧道最大地表沉降与承压水头不成线性关系,随着承压水头的增大,地表最大沉降的增长速率越来越大;(3)潜水水位从-6.8 m变化到-2.8 m及承压水头从8 m变化到12 m的过程中,隧道衬砌管片弯矩和轴力随着潜水水位的升高或承压水头的增大而逐渐减小。     

基坑变形的尺度效应及控制措施研究

基于狭窄基坑变形较小的工程实际,针对基坑变形的尺度效应,通过二维有限元模拟,对宽深比对基坑变形的影响规律和基于尺度效应的基坑变形控制措施进行了研究。结果表明:随着基坑宽深比的增加,坑底最大隆起量增大;围护结构最大竖向位移先增加,而后基本不变;围护结构最大水平位移基本不变。对于通过增大插入比或被动区加固来减小围护结构最大水平位移的效果,基坑宽深比的影响并不显著。抽条加固对坑底最大隆起量的减小效果随基坑宽度的增加而减弱。宽深比较大时,裙边加固对减小坑底最大隆起量没有效果。不同的变形控制措施对于不同尺度的基坑效果并不一致,在实际工程中,需要结合基坑尺寸等多方面因素选择适当的控制措施。     

立体交叉隧道爆破振动影响因素正交试验研究

随着我国交通网的逐渐密集,由于地质条件的影响、既有建(构)筑物的限制以及地下空间综合开发的需求,交叉隧道中新建隧道爆破振动对既有高速铁路线路的影响不可忽略。以立体交叉隧道为研究背景,针对新建隧道下穿既有隧道净距、围岩级别、埋深以及交叉角度4个重要影响因素进行敏感性分析,基于正交试验原理设计了16种试验工况并进行数值计算。通过对既有隧道关键部位的爆破振动速度进行分析研究,研究结果表明：根据既有线隧道各关键部位的爆破振速情况及监测断面各测点的振速极差分析发现,4种影响因素中,净距为最敏感因素,而随着爆源距离的增加,净距对爆破振速的影响程度显著减小,敏感性逐渐降低;立体交叉隧道迎爆侧振速随着交叉角度由0°～90°的逐渐变化,影响程度呈现先减小再增大再减小的变化规律,且围岩条件越差,影响程度越大,而埋深的影响并不显著;既有线隧道仰拱处爆破振速相较于其他部位测点数值较大,而拱顶的爆破振速最小,即在立体交叉段爆破时仰拱相比于其他部位更为危险,应适当加固。     

悬臂式无支撑板桩支护基坑变形性状有限元分析

不同开挖宽度与深度比条件下悬臂式无支撑板桩支护结构与周围土体的变形特性将发生变化.采用二维有限元方法分析了不同开挖宽度与深度比(L/D)条件下无支撑悬臂开挖基坑的变形性状,详细探讨了开挖宽度与深度比对地表沉降、地表水平位移、坑底隆起、坑底水平位移及支护结构侧向变形的影响.计算结果表明:在基坑开挖深度不变的条件下,地表沉降量、坑底隆起量及坑底水平位移量均随L/D的增加呈非线性增长,开始增长迅速,当L/D达一定值后数值几乎不再变化;地表水平位移量随L/D的增加先减小后增大:支护结构侧向变形随L/D的增加逐步由顶端内倾型过渡到整体向坑内移动的顶端外倾型,L/D越大,围护结构的整体侧向位移越大.     

中老铁路高地应力软岩隧道施工方法比选分析

高能场体环境下大变形、岩爆等隧道灾害屡见不鲜，该类环境的主要特征为高地应力，隧道的地应力条件将会影响围岩变形规律和结构内力，开挖工法的选择将直接影响隧道工程的效率和安全。已有研究在工法模拟时的地应力条件大多根据隧道埋深计算，与实际地应力条件相差较大，导致结果过于片面。因此，本文基于地应力实测结果，采用有限差分软件对高地应力软岩隧道情况下三台阶法、CD法、CRD法施工的围岩变形规律及结构安全性进行分析研究，结合工程现场监测结果，验证结论的正确性。分析结果表明：中老铁路高地应力环境表现为水平最大主应力大于竖向最大主应力，二者比值在1.15～1.71之间；CRD法对高地应力软岩环境下围岩变形的控制效果最佳，CD法其次；高地应力软岩环境下二次衬砌轴力整体分布均匀，仰拱和拱脚部位的弯矩较大，安全系数小；CRD法情况下的围岩压力整体最小，对于围岩稳定最有利，CD法次之，三台阶法的围岩压力最大。     

机场跑道下穿隧道结构稳定性影响因素研究

为研究飞机荷载作用下机场道面下穿隧道结构的稳定性,建立了机场道面-基层-土层-隧道衬砌结构协同变形的力学模型,深入分析了飞机荷载作用下道面-基层-土层-隧道衬砌结构的稳定性,重点探讨了地应力、隧道自重及飞机荷载冲击效应影响下隧道结构衬砌的位移响应、速度响应及应力演化规律。研究发现：隧道自重及地应力对土体-隧道结构整体稳定性影响较大,飞机荷载的冲击效应影响相对较小;圆形截面形式的隧道结构的稳定性最好;随着隧道结构埋置深度的增加,地应力对隧道结构稳定性的影响越严重;衬砌结构的混凝土强度越高,其稳定性越好;随着飞机荷载作用位置不同,隧道结构变形有较大的变化,且随着衬砌厚度的增加,飞机荷载的冲击效应对隧道结构的影响逐渐衰弱。     

隧道开挖时不同宽度断层对围岩扰动的影响

文章以宝鼎2号特长公路隧道为依托,建立3个三维数值计算模型,分析隧道穿过不同宽度的断层围岩以及二衬的变形规律。研究结果表明:隧道穿过不同宽度的断层,隧道拱顶,拱腰,仰拱围岩位移的变化规律一致,在靠近断层段,隧道拱顶、拱腰、仰拱都发生位移突变,收敛位移先快速增长然后又迅速减小,且洞周围岩收敛位移随着断层宽度的增加而增加,剪切破坏塑性区也相应增加;同时支护结构的位移突变区范围以及最大位移值也随着断层宽度的增加而增大,支护结构最大位移出现在隧道拱顶以及仰拱处,在施工过程中需要重点考虑。