隧道围岩与支护结构相互作用的弹塑性分析

应用弹塑性理论分析了深部地下隧道围岩与支护结构的相互作用,结合工程实例,通过对比不同混凝土的支护效果,选用合理的支护结构,从而使支护体系具有更高的强度和耐久性,可为工程设计提供科学依据.     

隧道围岩与支护结构相互作用的数值模拟分析

隧道是公路工程的枢纽工程,简要介绍用ANSYS软件进行模拟计算分析了牦牛山隧道围岩与支护结构相互作用的数值模拟分析。     

高地应力软岩隧道围岩压力研究和围岩与支护结构相互作用机制分析

岩体开挖后受扰动而产生应力重分布过程极其复杂,尤其是在不良地质环境下更甚。对于地质条件差、地应力为高~极高的软弱围岩,其结构受力大小与受力特征对隧道结构安全尤为重要。针对目前研究中存在的问题,结合工程中出现的问题和实际需求,以高地应力软弱围岩条件下的关角隧道、木寨岭隧道等工程为背景,通过地应力现场实测、理论研究与数值分析,对高地应力软岩隧道围岩压力和围岩与支护结构相互作用机制进行研究。主要进行以下几方面的研究工作:(1)在中国地应力场分布规律统计分析基础上,统计得到我国青藏地区平均水平地应力与垂直地应力的比值随深度变化的分布曲线。(2)采用水压致裂法进行兰渝线天池坪隧道和两水隧道地应力现场实测。在此基础上,分析隧道所处的原始高地应力水平及隧道开挖后的地应力分布规律;采用改进的BP神经网络进行了木寨岭、天池坪等隧道的宏观地应力场拓展分析,获得地应力的宏观分布形态与特点。(3)针对现有本构关系,对高地应力软岩尚不具有广泛代表性和卡斯特耐尔公式无法直接计算出在塑性区范围不同发展过程对应的塑性形变压力的问题,以原岩应力和隧道容许位移(或支护后实际量测位移)为出发点,采用岩体软化"直–曲–直"模型,推导了隧道形变压力计算公式。(4)利用台阶法开挖中存在的空间效应和改进的BP人工神经网络模型预测位移以及多项式拟合预测方法,提出两类在高地应力软弱围岩条件下使用开挖应力释放率模型的方法。通过在关角隧道和木寨岭隧道大战沟斜井高地应力软岩地段的应用,探讨其结构荷载与应力释放规律,其结果得到三维数值分析的验证。(5)为验证卡斯特耐尔扩展公式合理性,基于参数全过程变化的应变软化FLAC3D三维数值模型,模拟木寨岭隧道正洞高地应力软岩地段隧道开挖支护过程。三维数值结果与卡斯特耐尔扩展公式计算结果吻合,进一步证明该公式在高地应力软弱围岩条件下应用的可靠性、适用性。在统计青藏地区地应力分布规律基础上,结合现场实测和拓展分析,准确获得高地应力软岩隧道位置原始地应力,为研究围岩压力和围岩与支护结构相互作用机制提供依据。在原始地应力基础上,结合理论分析和数值仿真,获得高地应力软岩隧道的围岩压力计算方法和围岩与支护结构相互作用机制。主要创新点体现以下4个方面:(1)统计分析得到我国青藏地区平均水平地应力与垂直地应力的比值随深度变化的分布曲线。总结出青藏地区地应力分布规律与特点,为判别该区域地应力测试结果的合理性提供依据。(2)针对高地应力条件下软岩隧道大变形问题,引入岩体软化"直–曲–直"模型,推导出适用于高地应力软岩隧道基于原岩应力和隧道位移的隧道形变压力计算公式。(3)提出2种在高地应力软弱围岩条件下使用开挖应力释放率模型的方法。(4)为在三维数值分析中反映软弱围岩参数随坑道变形而不断变化的特性,引入参数全过程变化的应变软化模型,利用FLAC3D软件验证卡斯特耐尔扩展公式应用于高地应力软岩隧道的可靠性和适用性。     

隧道围岩及支护结构有限元分析

对正阳隧道的Ⅳ级围岩情况下的围岩和支护结构的稳定性进行了二维的平面弹塑性有限元计算，分析了围岩中的应力、变形、塑性区以及初期支护和二次衬砌结构的承载能力，得出了相应的结论，为二车道分离式隧道支护参数的优化设计提供了参考依据。     

杨林隧道围岩支护相互作用时效性规律研究

为了解决超长公路隧道软弱围岩流变效应下的变形与衬砌开裂问题,从而确定隧道合理的二次支护时间,本文推导出圆形隧道围岩与支护相互作用间的时效性规律,基于昆明绕城高速公路杨林隧道工程,对隧道软弱围岩流变明显段的拱顶下沉和周边位移监测结果进行分析,发现拱顶下沉和周边位移最大值出现位置与隧道支护变形开裂位置一致,推导围岩变形计算...     

深埋隧道围岩及支护结构稳定性分析

运用FLAC3D应变软化模型,模拟分析了共和隧道深埋段某断面围岩及支护结构稳定性以及围岩塑性区的变化特点,结果表明:(1)拱顶位移>拱腰位移>拱脚位移,拱顶最大位移量约20 mm,底板有膨胀现象,但其绝对位移较小,为4.5 mm;(2)随着掌子面的向前推进,模拟特征断面上围岩及支护结构的位移及应力均有所增加;当掌子面与特征断面之间的距离大于30 m时,特征断面上各特征点的位移及应力基本趋于稳定,拱顶、拱腰和拱脚的位移收敛值分别为18 mm、15 mm及10 mm,竖向应力收敛值分别为31 MPa、22.5 MPa及7.5 MPa,水平应力收敛值分别为8.1 MPa、6.0 MPa及2.5 MPa。     

隧道暗挖软弱围岩的止水和支护施工要点

本文通过深圳地铁工程实例,分析在软弱围岩中暗挖通道的止水和支护施工技术要点。     

隧道初期支护与围岩相互作用的时空演化特性

支护–围岩动态相互作用机制是支护设计的核心问题。首先基于弹塑性软化模型和非关联流动法则,对深埋圆形隧道进行弹塑性解析,并进一步考虑喷射混凝土的时效特性和隧道施工过程特点,建立初期支护–围岩耦合模型,得到了在隧道开挖过程中,距开挖面不同距离的各分析断面支护与围岩的动态相互作用关系。通过具体实例计算,对型钢和格栅钢架结构在不同支护时机下的支护效果进行了对比分析,并研究喷射混凝土硬化特性对于围岩稳定性控制效果和支护结构安全性的影响,基于此给出了合理支护时机的确定方法。得到如下主要结论:格栅相对于型钢初期支护刚度较小,有利于围岩应力和位移的释放,但同时控制围岩变形能力较差,对于支护时机的变化也更为敏感;对于初期支护而言,喷射混凝土支护力的发展过程可分为缓慢增长、快速增长、增长减缓、趋于稳定4个阶段,且各阶段的分布比例随支护时机变化而有所不同;在支护结构施作早期,喷射混凝土承担的荷载可能大于其当前极限承载能力而导致其失稳;支护时机的选取应综合考虑钢架类型、喷射混凝土硬化特性及隧道掘进速率,在保证支护结构安全性的前提下达到理想的支护效果。该研究成果可对初期支护–围岩动态作用关系进行全过程预测,可使得收敛约束法在隧道支护设计中的应用更为准确,为隧道施工过程中支护结构设计提供理论依据。     

隧道围岩与支护结构稳定性与可靠度研究

本文以高速公路隧道围岩一支护结构稳定性评价为主线,以提高公路隧道的整体设计与施工水平为目的,采用定性评价和定量评价、整体评价和局部评价相结合的方法,对隧道围岩一支护结构的整体稳定性开展了系统的研究。首先对围岩一支护结构的稳定判据进行了分析,接着讨论了支护体系稳定的计算方法和特点,对隧道施工过程中的围岩一支护结构的稳定性和安全性评价有一定指导意义。     

大断面暗挖隧道软弱围岩CRD法施工

结合新建铁路温福线周仓岭隧道的施工案例,介绍了大断面暗挖隧道穿越软弱土层的施工工艺,并从掘进、支护、围岩量测等方面阐述了采用CRD法施工的优越性,为该工法的推广应用提供了技术支撑。     

弱膨胀性围岩隧道开挖支护施工探索

结合工程实例和现场试验探讨了弱膨胀性围岩隧道合理的支护参数,给出了隧道开挖及支护方法,并提出了施工中应注意的要点,以确保隧道施工顺利进行。     

围岩监控量测在黄土隧道中的重要性

通过对白家坡隧道黄土地质在施工过程中进行围岩监控量测,结合监控量测成果进行施工优化,从而合理的确定二衬施工时间,确保了白家坡隧道施工安全和质量。     

谈隧洞石方开挖施工技术

结合亭口水库反调节蓄水工程隧洞石方开挖的工程实例,对隧洞石方开挖的施工技术进行了研究,阐述了钻孔爆破参数的选取、钻孔、装药爆破等技术措施,并提出了相应的质量控制要点,旨在能为同类工程提供参考借鉴。     

侧部岩溶隧道围岩与支护结构力学特性分析

岩溶区隧道因受岩溶的影响,其围岩与支护结构力学特性与一般隧道存在较大区别.以忠垫高速公路某岩溶隧道为背景,采用三维快速拉格朗日法,对侧部岩溶隧道施工过程中的围岩位移、应力、塑性区和锚杆轴力及喷混凝土层力学特性进行研究,并将计算结果与现场监测结果进行了比较分析.结果表明,隧道开挖后,围岩分别向溶洞和隧道内变形,溶洞与隧道之间的围岩向两个相反的方向变形.塑性区主要集中在隧道的周围和溶洞的左右侧部.隧道与溶洞之间的围岩应力集中程度较高.靠近溶洞侧的锚杆轴力及喷混凝土层轴力和弯矩要比其他位置的相应值都要大.     

软弱围岩中浅埋偏压程度对大断面隧道的开挖影响

依托某软弱围岩中大断面隧道工程实例,通过组合浅埋与偏压因素,得到了12组工况,分别对大断面隧道进行了开挖数值模拟,分析了围岩位移、应力、锚杆轴力等变化情况,结果表明,埋深0 m~30 m,坡度为1∶1时对隧道造成的影响十分显著。     

公路隧道软弱围岩开挖方法研究

以公路隧道工程项目作为研究对象,对软弱围岩安全风险进行了介绍,并阐述了软弱围岩的开挖方法,分析了不同开挖方法的特点,在此基础上,充分考虑施工环境与条件,有利于科学合理地选择出最佳方案。     

隧道支护措施对围岩物理力学指标作用分析

结合特征曲线法原理,得出隧道支护阻力和塑性区半径随围岩物理力学指标变化的解析解,从理论上得出不同质量级别围岩对隧道稳定性影响;由岩体力学理论得出岩体抗剪强度峰值随围岩物理力学指标变化的解析解,从理论上得出对不同质量级别的围岩,所采取的支护措施对围岩物理力学指标的影响。     

台阶法开挖地铁隧道围岩应力预测分析

结合沈阳地铁青怀段的工程概况,介绍了隧道断面开挖的方法及材料的选择,并采用Geo FBA软件,模拟了隧道的开挖过程,计算分析了围岩的应力情况与施工安全性,为隧道开挖施工提供了参考依据。     

Stability analysis of block in the surrounding rock mass of a large underground excavation

Keyblock has been received a lot of attention in underground engineering because it loses its stability first after excavation. Block theory originally proposed by Shi could not build the geometric characteristics of keyblock and explain how to determine the precise locations of keyblock. Therefore, the Unwedge program based on keyblock theory could not predict complicated polyhedral block except tetrahedral block and determine its precise location. In this paper, the stability of keyblock of a large underground excavation is analyzed in detail. First, the Unwedge program (Ver.2.35) is used to identify possible keyblocks and some limitations are discussed. Then many kinds of geometric models of polyhedral keyblock are built, a new computer program is developed to search keyblocks and determine their precise locations, comprehensively considering the action of gravity and dynamic loadings. Finally, the results of two methods are compared and the differences are analyzed.