基于3DEC节理岩体隧道开挖与支护的数值模拟

隧道在穿过节理裂隙较发育的地质环境时,地下水与支护条件等因素会对隧道开挖后围岩的稳定性产生影响.因此,以国内某山岭高速公路隧道为背景,基于离散元理论,考虑裂隙水压力作用,分析了砂浆锚杆与混凝土衬砌等支护条件在隧道开挖后对围岩稳定性的影响,并基于3DEC软件,对裂隙岩体隧道的开挖与支护进行了数值模拟.模拟结果表明:地下水...     

节理特性对隧道围岩稳定性影响的研究

以依托隧道工程为背景,应用离散元软件UDEC建立节理裂隙岩体中的未支护隧道数值模型,研究贯通节理特性对节理裂隙岩体中隧道围岩稳定性的影响.研究结果表明,隧道围岩较大环向应力的存在有利于隧道围岩的稳定性.贯通节理的倾角和间距对隧道拱顶围岩环向应力的分布影响很大,拱顶围岩中较大环向应力的出现会在拱顶形成"压力拱",将上覆岩层的自重荷载向隧道两侧围岩传递,从而达到"自稳"状态.节理面的抗剪强度对未支护隧道围岩的应力状态和围岩稳定性有显著影响,控制着围岩可能的破坏形态.     

近接桥桩暗挖隧道支护结构内力监测分析

针对北京地铁某车站暗挖隧道工程,制定了支护结构内力、围岩接触压力监测方案.通过现场监测,分析了施工过程中,在既有桥桩影响下,支护结构内力、围岩接触压力的变化特征,及时掌握了隧道变形、支撑内力的变化动态,并及时反馈,为判断隧道安全稳定提供了参考数据.测试结果表明,浅埋暗挖隧道支护结构的仰拱部位压力大;近接桥桩对隧道的变形产生了抑制作用,造成隧道断面变形的不对称性,围岩压力增大;桥桩的存在与否,造成隧道支护结构内力分布情况的不同.     

节理岩体隧道稳定性影响因素正交试验及锚杆作用要点研究

采用正交试验法研究裂隙岩体节理、岩块力学参数对隧道稳定性影响,提出了锚杆支护在不同裂隙岩体隧道中施作要点和内涵。结果表明:相对于塌方区、张开区,剪切滑移区更能反映节理面间剪切错动,可作为节理岩体隧道失稳的一个判断标准。层状岩体隧道稳定性主要影响因素是节理面"法向刚度和剪切刚度",而碎裂状岩体控制剪切滑移区主要因素是"节理面内摩擦角和粘聚力"。对于层状岩体,锚固效果受制于锚杆在节理面法向和切向刚度;对于碎裂状岩体,应强调注浆性质的锚固效果来提高其节理摩擦角和粘聚力,锚杆支护在提高"刚度"的同时,更应着重于提高岩体抗剪切能力,以有效提高碎裂岩体隧道稳定性。     

基于收敛-约束原理的岩质隧道初衬安全系数计算

以越岭公路岩质隧道为研究对象,构建隧道围岩与支护结构的安全系数.首先,基于围岩开挖后二次应力场的空间效应,确定隧道模型的边界条件、尺寸要求及应力条件.结合实际的隧道工程施工工艺,建立具备开挖支护功能的隧道三维数值模拟研究模型,以该模型作为研究隧道开挖与支护结构耦合分析的基础.基于数值模拟计算,分别构建围岩收敛曲线及纵向变形规律曲线.其次,建立隧道围岩与支护系统的收敛-约束图,并基于收敛-约束原理建立岩质隧道初衬安全系数求解方法.最后,通过案例分析,详细展示上述过程.结果表明该安全系数法可以量化表征围岩开挖与支护过程中的隧道安全性问题.同时,若以安全系数为量化分析指标,则能够对隧道施工工艺进行优化.     

二道垭隧道开挖与支护的数值模拟分析

大量工程实践表明，岩体工程开挖后的应力调整和变形并不是瞬时完成，本文采用大型有限元工程模拟分析软件ABAQUS，模拟二道垭隧道的开挖与支护过程，研究隧道开挖后考虑不同的应力释放比例后再支护时，围岩的变形及锚杆的受力情况. 计算结果表明：对于松软岩层来说，考虑应力释放后再支护的计算结果更好地反映工程围岩的变形和破坏特性.     

支护压力控制下隧道周围砂土变形破坏物质点法模拟

为了探究隧道周围砂土地层在支护压力减小过程中的变形破坏机理,利用能够进行岩土大变形分析的物质点法（MPM）对该过程进行数值模拟. 研究隧道周围土体的剪切带特征、土拱效应、MPM地面沉降槽形态以及支护压力与地层位移间的关系;验证该数值方法研究隧道诱发变形的可靠性. 对比预测结果与已有试验和理论表明,MPM能够准确预测出隧道支护压力降低引起的地层变形和极限支护压力,并且可以得到地层整体失稳及坍塌后的变形行为. 在此基础上,分析隧道埋深比和砂土内摩擦角对变形过程中土拱效应强弱、极限支护压力和地层变形的影响.     

岩体工程分类的模糊数学方法

岩体工程分类可以作为工程目的而估计岩体情况的重要方面。本文作者提出一个新的方法,它与目前在隧道工程中广泛应用的一些方法,例如Wickham等(1972)的RSR概念,Beiniawski(1973)的地力学分类和Barton等(1974)的Q系统,不同之处在于如何对岩体进行综合评价,虽然在岩体特性的基本因素的考虑上并无大的不同,我们的分类方法是考虑到岩休物理力学参数的一定的不确定性而基于模糊数学的概念得到的,本文的目的是进一步阐述这个方法,并把岩石参数分为间隔指标和名义指标。最后给出了实例。     

隧道开挖面附近约束损失分析

隧道开挖面附近呈现三维应力状态,分析开挖面附近围岩与支护的相互作用较为复杂。这种复杂的应力分析往往需通过三维数值模拟来解决。然而,采用径向虚拟支护压力的约束损失概念,能近似地将三维应力转换为二维应力进行分析。隧道约束损失通常以洞壁径向位移为研究对象,本文采用隧道围岩弹性变形以及塑性变形的收敛线,分析这两种情况下的约束损失与位移释放的关系,介绍了位移释放率沿隧道纵轴线的分布规律。采用FLAC3D模拟了静水应力场下无支护圆形隧道,研究了岩体膨胀角、摩擦角以及粘聚力对开挖面的位移释放率的影响,并和已有公式的纵断面曲线进行了比较。研究结果表明,隧道的位移释放率受岩体膨胀角影响较大,而受粘聚力的影响很小。     

两郧断裂带十漫高速公路隧道围岩稳定性研究

应用非线性有限元法和施工过程力学的基本原理,研究十漫公路隧道的开挖、支护的原理,根据两陨断裂带的岩体特征,采用分步加载和荷载释放的原理,对隧道的整体稳定性以及围岩和支护结构的受力特征进行了详细分析.由数值模拟结果可知:隧道环向处产生应力集中,且初次衬砌和二次支护结构应力较大;局部断裂破碎带对二道垭隧道的影响较大.因此需要在施工中采用合理的开挖支护方法,确保隧道的施工期及正常运营期的稳定性.     

基于等效岩体技术的节理参数对岩体强度影响性研究

岩体中节理赋存位置隐蔽,参数获取难度大,研究不同节理参数变化对岩体强度的影响,有利于在节理测量中有针对性地提高测量精度,并找出对岩体强度弱化最明显的参数.基于等效岩体技术,研究了云南省光山1号隧道岩体节理离散裂隙网络(DFN)参数倾角均值、倾角标准差、节理尺寸、节理尺寸分布幂和节理密度对岩体表征单元(REV)单轴抗压强度的影响,分析了岩体强度对各参数的敏感性.研究结果表明:岩体强度对倾角均值有最大的敏感性,因此在节理测量中需重点加强对倾角的勘查;节理密度增大对岩体强度的弱化作用最明显,因此,当节理密度增大时,需及时调整施工方案并提高支护强度.该研究为节理勘查重点提供了参考,也为节理参数变化时隧道稳定性的快速预测提供了依据.     

复合地层中隧道开挖面支护压力对地层变形的影响

建筑物密集区域对变形控制相当严格,隧道开挖面合理支护压力往往不由极限支护压力确定,而是由地层变形控制标准来确定,因此有必要探讨开挖面支护压力与地层变形之间的内在关系.针对广州地区典型的上软下硬复合地层条件,考虑盾构的实际掘进过程,研究了欠压状态下开挖面前方土体的位移模式,并分析了不同条件下开挖面支护压力与地层变形之间的内在关系.结果表明,当土体性质不同时,欠压状态下开挖面前方土体表现出不同的位移模式;不同埋深情况下开挖面极限支护压力比基本相同;土体内摩擦角及黏聚力对开挖面所需的合理支护压力大小的影响显著.     

深埋交叉隧道动态施工力学行为研究

分离式独立双洞之间的横通道开挖,再一次引起主隧道围岩和支护结构的应力释放与重分配,引起交叉段附近岩体与支护结构力学行为发生变化。结合高地应力区深埋隧道工程,通过3D弹塑性有限元数值仿真模拟,分析横通道不同施工方案和动态施工过程对主隧道围岩与初期支护结构力学行为的影响。分析结果显示,横通道的开挖对围岩应力和位移影响较大,对交叉侧主隧道侧壁初期支护应力及交叉对侧主隧道侧初期支护3σ和XY平面的剪应力影响较大。为深埋隧道交叉段监控量测系统的设计、施工方案优化及安全控制提供了依据。     

破碎围岩浅埋偏压隧道衬砌荷载的计算方法

隧道洞口大都会面临围岩破碎、浅埋和偏压等不良地质地形情况,现行规范只给出了偏压隧道衬砌荷载的计算方法。对于破碎围岩浅埋偏压隧道,根据现场情况及实测的衬砌受力和变形特征表明其与规范假定不同,不宜直接利用规范方法。通过工程实例分析及隧道三维数值分析结果提出了浅埋偏压隧道破碎围岩的破坏模式,即隧道开挖后深埋侧岩体滑塌下落挤压支护结构使其向外侧变形,从而外侧支护受到被动土压力。根据提出的破坏模式,将隧道开挖后围岩主要分为滑塌区和被动区,在此基础上利用极限平衡法推导出了衬砌荷载的计算公式。将计算得到的结果与现场实测值对比发现,对于围岩极其破碎且存在较严重偏压的浅埋隧道工程,提出的计算方法比采用规范方法更接近实际情况。     

层状岩体中地下工程复合衬砌模型试验研究

本文结合重庆市菜袁公路Ⅱ号隧道设计方案,对层状岩体中深埋隧道围岩及二次衬砌的受力状态、时间效应及破坏机理,进行了模型试验研究.试验结果表明,复合衬砌的破坏亦属剪切破坏;喷锚支护改善围岩的力学性能,提高抵抗变形的能力;二次村砌能起到支护结构的作用.     

基于水压致裂法的隧道围岩地应力试验研究与岩爆预测分析

本文在分析水压致裂法测试地应力原理的基础上,结合隧道工程实际,采用水压致裂法进行隧道围岩地应力的测试研究分析工作,获取了隧道围岩的最大、最小水平主应力量值及最大水平主应力的方向,以及岩体破裂压力、岩体抗拉强度、岩体瞬时闭合压力、破裂面的重张压力等地应力及岩体力学参数,并根据隧道区的地应力资料,和岩石参数进行了岩爆预测分析,为隧道工程的设计、施工提供科学依据和技术支撑。     

软岩隧道项目初期支护施工技术分析

随着公路隧道项目建设规模的不断扩大,施工时容易遇到不同类型的地质条件,其中软弱围岩隧道比较常见,为了能够保证软弱围堰隧道的施工质量及安全,就需要合理采用初期支护施工技术.文章以软岩隧道项目为例,从钢架制安、系统锚杆施工、钢筋网片安装以及混凝土喷射等角度着重分析了隧道初期支护施工技术.实践表明,此项目采用的软岩隧道初期支...     

偏压隧道不均匀来压下钢拱架应力变化的机理分析

钢拱架常作偏压隧道的支护结构,其应力变化对隧道的稳定性影响较大。以某铁路隧道偏压段为研究对象,利用SAP2000对该隧道进行建模,通过在模型中选取关键位置,施加与现场实测相近的应力,分析了不同来压对钢拱架应力变化的影响。分析结果为:在初期支护中,钢拱架应力的变化能通过围岩压力有效地反映,围岩压力越大,钢拱架应力变化越大。研究结果可为隧道支护结构的稳定性分析和施工提供一定的借鉴。     

偏压隧道CD法导坑开挖顺序数值分析

根据隧道开挖与支护过程中围岩应力变形规律,提出"二次平衡"概念.基于浙江省境内一偏压公路隧道的设计、施工以及地质情况,采用有限元软件ADINA模拟CD法不同顺序开挖导坑的施工过程,对比分析地面、围岩位移以及初期支护和二次衬砌的最大主应力.结果表明:地面沉降以及围岩最大位移都与导坑开挖顺序有关.从埋深大的一侧开挖导坑比从另一侧开挖导坑初期支护最大主应力小21.6%,二次衬砌最大主应力小35%.拱底是支护结构的薄弱部位,在设计、施工时要引起足够的重视.最后经过综合分析,确定了从埋深大的一侧导坑开挖为优选方案,可为同类隧道的设计、施工和研究提供有益的借鉴和参考.     

花岗岩残积土隧道渗流效应数值模拟研究

为探讨渗流效应对花岗岩残积土隧道的影响,通过将水注入围岩中实现渗流目的,并进行数值模拟。模拟过程中,设置了4组水压力,分别为0, 50, 100, 150 kPa,得到了不同压力与位移和支护结构之间的关系。研究结果表明:当围岩孔隙水压力为50 kPa时,不宜进行上台阶开挖;当围岩孔隙水压力为100kPa时,不宜进行下台阶开挖。隧道的开挖受水压力的影响较大,水压力越大,渗流范围越广,同时仰拱隆起现象越严重,此时顶部衬砌结构发生较大变形,故开挖隧道时应进行支护与监测。支护好上台阶后,应及时对围岩进行支护,以避免渗流过广而导致围岩出现较大位移。隧道下台阶的施工受多因素的影响,应及时对拱顶部位进行加固,避免出现工程事故。