山岭隧道开挖施工监测及仿真分析

通过山岭高速公里隧道施工监控量测及有限元数值分析方法,分析隧道施工过程中围岩应力变化情况。在山岭隧道施工过程中对围岩位移和应力进行监测,分析围岩的位移、应力状态随时间的变化规律,同时结合有限元软件ADINA对隧道开挖过程进行模拟,寻找围岩应力分布规律,分析围岩稳定性。为隧道施工过程中支护时间的选取提供了依据。     

大跨度公路隧道初期支护极限位移值的确定

为了判断隧道开挖过程中围岩的稳定性,选取隧道开挖支护过程中反映围岩应力状态变化的初期支护极限位移值作为判别的重要依据。随着大跨度公路隧道建设的日益增多,为保证其在开挖过程中围岩的稳定性,计算其初期支护极限位移,依据JTG D70—2014《公路隧道设计规范》,运用Hoek-Brown屈服准则,运用FLAC3D软件模拟单侧壁导坑法与双侧壁导坑法两种开挖方式,运用尖点突变理论计算特征值作为极限状态的判别依据,计算拱顶、拱腰、拱脚的极限位移值。通过统计分析得到:双侧壁导坑法可以有效限制拱顶沉降值,并限制拱腰处的收敛值;同时,明确两种开挖方法针对不同围岩级别、不同埋深的极限控制点及相应的取值范围。     

韩家岭大跨度公路隧道应力监测分析

韩家岭隧道是沈阳至大连高速公路改扩建关键工程，为目前我国和亚洲最大跨度的公路隧道。隧道为单洞四车道，采用分层台阶法进行开挖，在大跨度隧道施工中是一种新尝试。为了解大跨度公路隧道开挖过程中的力学行为，提供设计和施工依据，对韩家岭隧道进行了稳定性应力监测研究。主要阐述该隧道应力测试方法、喷层与围岩接触应力、锚杆内力随时间变化的量测数据及分析。研究结果表明：（1）韩家岭隧道开挖宽度、高度和空间大，但量测到的围岩与喷层接触应力、锚杆轴力小，’说明在初期支护结构中，喷射混凝土和锚杆对围岩变形只起到了协同与辅助的支撑作用，钢拱架和围岩自承起主要支撑作用。（2）依据达到峰值后的喷层接触应力和锚杆轴力数据来看，存在一定波动幅度，尽管不会对隧道的稳定性产生影响，但随开挖进行，围岩对初期支护的作用处在变化状态。（3）同一测试断面，在围岩较完整稳固的一侧，喷层接触应力出现拉应力值，而围岩稳固性差的一侧，喷层接触应力出现压应力值，表明该断面围岩水平位移主要来自围岩稳固性差的一侧。（4）短掘短支、释放地压与控制围岩变形，大跨度公路隧道采用台阶法开挖施工方式是可行的。     

隧道台阶法施工模拟及监控方案制订

为了对围岩稳定状态有正确评价,控制隧道开挖时机,了解隧道开挖过程中应力、位移分布情况,制订合理监控方案,以确保隧道施工的安全和稳定。采用ANSYS模拟隧道开挖过程,分析隧道施工过程围岩应力及位移分布变化情况,为隧道监控量测提供理论依据。     

蠕变围岩隧道的二衬支护时间研究

采用粘弹性方法对隧道施工过程中的力学动态进行了时间效应分析,探讨了二衬支护时间对围岩位移、初衬应力、二衬应力的影响,得出了Ⅴ级围岩隧道的二衬在开挖完60 d内施作较为合理的结论。     

邻近水库长隧道开挖施工数值模拟分析

厦门市海沧货运通道(马青路—疏港通道段)工程海新3号隧道为靠近水库的双向6车道分离式长隧道,为分析水库蓄水对隧道的影响,保证隧道开挖安全,并为地下水排放及控制分析提供参考,采用MIDAS/GTS有限元软件模拟隧道开挖过程,研究隧道围岩位移、应力变化,并分析围岩稳定性与渗流量.研究结果表明,隧道开挖后围岩位移一定程度上受...     

西安地铁区间隧道开挖过程中的数值模拟研究

利用数值模拟方法进行隧道开挖过程模拟分析。通过计算,分析不同开挖步骤中隧道围岩应力的变化以及进行加固施工前后围岩的应力和位移的变化比较,得出暗挖隧道在开挖过程中的应力变化规律,为施工提供一些参考和依据。     

大横琴山隧道大跨段施工变形受力分析

为研究大横琴山一号隧道施工时围岩位移及应力变化规律,采用有限元模拟软件,对大横琴山一号隧道进行三维数值模拟,得到隧道围岩竖向位移云图、地表沉降及围岩应力云图。结果表明:在右半导洞开挖时隧道上方竖向位移呈扇形分布,左半导洞开挖时呈树杈形分布;在开挖完毕后,先开挖部分的围岩应力较后开挖部分的围岩应力大。     

隧道不同开挖方式初期支护极限位移值

初期支护极限位移值是隧道开挖支护过程中围岩应力状态变化的重要的反馈信息,是判断隧道围岩稳定性状况的直接依据。为了计算极限位移值,采用Hoek-Brown屈服准则,运用尖点突变特征值作为极限状态的判据,依据JTG/T D71—2004《公路隧道交通工程设计规范》和工程经验选取断面形式、支护方式以及材料参数,运用FLAC3D分别确定正台阶法、环形开挖预留核心土法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法等4种开挖方式在不同埋深、围岩级别和支护参数影响下,拱顶、拱腰和拱脚的极限位移值。通过对计算结果的统计分析,可知环形开挖预留核心土法可有效控制拱脚的变形,而双侧壁导坑法则能很好地限制拱顶沉降值与拱腰的收敛值,并确定了掌子面变形的主要区域。同时提出应明确洞周变形控制点,细化埋深范围,依据不同的开挖方式划定不同的位移允许范围。     

大跨度小间距隧道开挖围岩稳定性分析

大跨度小净距隧道开挖对岩土体扰动较大,其开挖过程的稳定性问题一直是人们关注的焦点之一。以大帽山隧道为研究对象,选择V级围岩采取CRD法开挖为研究目标,运用FLAC软件对隧道开挖全过程进行数值分析,结果表明新建隧道采取CRD法开挖围岩竖向应变大于水平方向,有利于减小围岩扰动程度并充分发挥自身稳定性,拱腰和拱底围岩应力释放较大,开挖过程中应加强支护刚度,研究成果可为施工过程中有效控制围岩应力、应变提供借鉴。     

无衬砌隧道压力拱的变化规律

结合衬砌与围岩的相互作用,分析无衬砌隧道开挖后压力拱的形成过程,根据隧道衬砌后应力位移的分布规律来研究衬砌施工时间对隧道压力拱的影响,得到如下结论:隧道开挖后,不进行衬砌施工,应力重新分布后顶部水平应力和侧边垂直应力增大,顶部垂直应力和侧边水平应力减小;随着时间的发展,形成的压力拱的垂直外界基本不变,垂直内界逐渐减小,水平内外界逐渐减小,压力拱拱体内最大应力均逐渐增大;隧道围岩较好时,衬砌时间选在稳定压力拱形成的时间,而围岩较差时,衬砌时间选在隧道压力拱开始形成的时间。     

跨断层隧道围岩渐进性破坏模型试验及数值模拟

 断层及其破碎带是隧道开挖过程中常见的不良地质现象,也是围岩不稳定且容易出现事故的地段。以山区隧道施工中常见的IV级围岩为参照对象,利用地质力学模型试验和数值模拟研究跨断层隧道施工过程中围岩的渐进性破坏过程及其受力变形特性。研究结果表明：(1) 位于拱顶之上的断层下盘岩体在隧道开挖后呈悬挑状态,且在靠近断层部位易出现拉裂缝;(2) 隧道开挖使得上覆荷载向隧洞左、右两侧转移,从而导致拱腰以下的岩体往往率先剪切破坏,尤以断层下盘一侧岩体为甚;(3) 隧道开挖将引起围岩应力重分布,若调整后的围岩应力超出岩体自身强度极限时,洞周岩体就会塌落成拱,且位于塌落范围内的岩体切向应力呈“跌落式”下降,此特征可用于判断岩体塌落范围;(4) 隧道开挖后,由于断层的阻隔作用,岩体应力在跨越断层上、下盘时呈不连续、非线性分布的特征。     

锦屏二级水电站1#引水隧洞岩爆洞段数值分析

以锦屏二级水电站1#引水隧洞强岩爆洞段为例,运用RFPA对隧洞上半断面开挖进行数值分析,通过对隧洞破坏模式及其围岩的应力分析,在强岩爆洞段上半断面开挖过程中,围岩首先在边墙附近出现破坏,然后不断向拱肩方向扩展,即应力首先在洞壁附近产生应力集中,导致围岩产生损伤,随着损伤范围的扩大,高应力场向远离洞壁的方向发展,同时洞壁...     

近距巷道平行开挖合理错距研究

矿井下运输巷道是矿业生产的重要通道。文中针对极松软地层近距双水平巷道掘进问题,以内蒙古上海庙矿区为工程背景,依据工程区地应力场的实测结果及岩石力学实验参数,运用FLAC^3D三维数值分析计算软件对开拓巷道的合理错距进行了数值模拟研究。通过分析巷道周边应力分布、塑性区变化、位移速率矢量场方向变化以及监测位移数据变化,研究了巷道在分步开挖过程中,不同的开挖错距对已开拓巷道监测端面的影响。结果表明在极松软地质条件下,巷道围岩周边高应力区分布范围较大,新开拓的巷道会对相邻已开拓巷道周边的应力、塑性破坏区及位移速率矢量场产生影响,双近距水平巷道合理开拓错距宜保持在50 m以上。     

扁平特大断面公路隧道核心土模拟与分析

破碎围岩段大断面隧道施工时,较多采用双侧壁导坑法,预留核心土对在开挖过程中隧道的围岩变形和支护受力有很大影响,对隧道围岩稳定性起着至关重要的作用.文章依托广州龙头山单向4车道公路隧道,对扁平特大断面公路隧道在破碎围岩段采用双侧壁导坑法开挖时,预留核心土厚度的区别和开挖方式的不同进行了有限元模拟,分析了围岩应力、围岩塑性区、拱顶沉降、二衬和核心土临时支护的内力,得出了核心土的合理厚度及较为合理的开挖方式.结论对扁平大跨隧道的设计和施工具有指导意义.     

关于圆形隧道卡斯特纳公式的讨论

隧道围岩的应力及变形是隧道力学中的基本问题,它直接影响到隧道的安全评价及施工支护措施。20世纪50年代提出的卡斯特纳公式,描述了圆形隧道的塑性区半径和塑性区的应力分布规律,公式已成为隧道力学分析的理论基础。以满足莫尔-库伦准则或Mises准则的理想弹塑性材料为例,按照塑性力学加卸载准则,证明了圆形隧道的开挖过程是加载过程,支护过程是卸载过程;对圆形隧道开挖和支护过程进行了弹塑性FLAC有限差分数值计算,同时针对外压和地应力均为0、内压值为支护应力的隧道进行弹性分析。结果表明,围岩的应力分布在开挖后与卡氏公式相符,但在支护后则与卡氏公式不符。弹塑性分析中,支护引起的围岩应力增量及位移增量分别与弹性分析中的应力和位移相同。因此在涉及塑性变形的隧道力学分析中,卡氏公式只适用于开挖阶段,不适用于支护阶段。     

浅埋大断面隧道围岩稳定性数值模拟及现场监控量测

浅埋大断面隧道由于开挖断面大、埋深浅、围岩物理力学性质差,开挖后容易产生大变形及变形速度过快,严重影响施工进度和施工安全。本文基于RFPA数值模拟软件,模拟了隧道开挖时掌子面围岩的应力、位移及变形破坏特征;在数值模拟的基础上采用应力和声发射联合法对隧道现场开挖围岩的应力和岩体应力调整进行监测,分析开挖过程中岩体变形与时间和空间的变化关系,得到了掌子面开挖及施工中岩体的变形和变化规律,可以为支护措施的设计与支护时机的选取提供一定的参考建议。     

超大断面隧道软弱围岩卸荷渐进破坏特性研究

以深圳市东部过境高速公路连接线工程为背景,针对谷对岭“Y”形喇叭口大断面分岔隧道,通过室内地质力学模型试验和数值模拟等手段,对大断面隧道围岩的渐进性破坏过程、岩体内部变形和应力变化规律进行了研究。研究结果表明:软弱隧道围岩的破坏是始自拱腰以下的岩体,而后自拱腰向上继续扩展成拱,为此必须要对拱腰以下岩体施作锁脚锚杆,从而制止岩体的初始剪切破坏;当采取左右导洞分块开挖时,后开挖导洞会引起既有洞室围岩的破坏,因此需要对导洞之间的隔墙进行加固;拱顶上方0.95B（B为隧道跨度）范围内的岩体变形受到隧洞开挖影响,但最终塌落成拱的高度为0.55B;隧道开挖后,拱顶上方岩体应力升高区主要集中在0.4B~0.95B的范围内。     

考虑中主应力和剪胀的深埋圆形隧道黏弹塑性蠕变解

深埋圆形隧道的开挖支护是与时间相关的复杂力学过程。为了描述这一过程,假设隧道围岩为Burgers体与Drucker-Prager准则组合的黏弹塑性模型。隧道开挖支护完成瞬时围岩表现为弹塑性,此时考虑中主应力的影响,推导出原岩应力和支护反力共同作用下的应力场;随后,假设此应力场保持不变,隧道围岩表现出随时间变化的蠕变性能,进一步推导出深埋圆形隧道考虑剪胀性能的围岩蠕变位移解析式;结合实际算例,分析围岩剪胀角与支护反力对深埋圆形隧道围岩蠕变位移的影响规律。结果表明,剪胀角的变化会对隧道围岩蠕变位移产生较大影响,而支护反力并不能完全控制高地应力作用下的深埋隧道围岩位移随时间的持续增加。