节理岩体对盾构开挖稳定性和地层损失率的影响

为研究节理岩体对盾构隧道开挖稳定性和地层损失率的影响,以南昌某盾构隧道为研究对象,采用离散元软件UDEC建立数值模型,分析节理倾角对围岩变形和地表沉降的影响规律,通过拟合得到地层损失率,并将模拟值与实测值进行对比,研究节理间距、盾构隧道间距以及隧道埋深对地表沉降的影响规律。研究结果表明：盾构隧道围岩在节理面产生较大位移,节理倾角的存在导致隧道围岩产生偏压现象,节理倾角为60°、90°时容易失稳;当节理倾角为60°时,地表沉降取得最大值,当节理倾角为45°时,地表沉降取得最小值。通过拟合Peck曲线可知,该工程区段的地层损失率范围为0.658%～0.896%;地表沉降值与隧道埋深、隧道间距以及节理间距均成负相关。     

节理特性对顺层隧道破坏模式及稳定影响分析

顺层隧道的破坏模式及稳定性与岩体节理特性密切相关。建立顺层隧道的节理岩体模型,采用有限元强度折减法,研究了当顺层隧道围岩为硬质岩层、硬质岩软质岩互层时,节理倾角变化以及节理间距变化对隧道破坏模式及稳定性的影响。结果表明,顺层隧道开挖后,顺层面方向围岩会顺着节理面滑移,垂直层面方向围岩会产生弯曲折断破坏。当节理倾角变化时,两个方向的破坏程度和破坏范围会随之发生变化,从而影响隧道的安全系数,倾角40°时安全系数达到峰值。当隧道围岩为硬质岩层时,节理倾角的变化对隧道围岩的破坏模式影响较小,当隧道围岩为硬软互层时,随着节理倾角的增大,软质岩顺着节理面滑移的可能性大大增加。当节理间距增大时,隧道围岩宏观力学性质逐渐趋向于岩石,安全系数逐渐增大。研究成果对于合理设计顺层隧道的支护措施具有指导意义。     

层状软岩隧道稳定性及受力变形特性研究

文章以在建郑万高铁某层状软岩隧道为研究对象,应用ABAQUS有限元软件,建立带有节理材料模型的二维隧道模型进行计算分析,并结合现场量测结果,得到围岩和衬砌的受力变形特征。结果表明,层状软岩中的隧道会产生明显偏压效应,隧道反倾侧的围岩位移和衬砌受力普遍大于顺倾侧对应位置;层面倾角由0°增加到90°过程中,围岩的位移和衬砌的应力均呈现逐渐增大的趋势,隧道的偏压作用由弱变强再变弱,倾角45°时偏压作用最显著。     

层状围岩中管片衬砌受力特征的模型试验研究

深部层状围岩结构强度具有各向异性特点,此类地层中修建盾构隧道,管片衬砌易受偏压作用,对结构安全构成挑战。开展层状围岩与盾构管片衬砌相互作用关系的相似模型试验研究,研究不同层理倾角下管片衬砌壁后围岩压力、管片衬砌内力和变形分布规律。研究结构表明:管片衬砌受力和变形特征受层理面控制明显,管片衬砌受力极不均匀,弯矩、轴力和变形呈现非对称分布;管片衬砌壁后围岩压力最大值集中在强度最弱的层理面法线方向,该方向上管片衬砌的弯矩最大,轴力最小,变形最大;层理倾角对管片衬砌的受力和变形影响显著,层理倾角不仅影响管片衬砌壁后围岩压力分布形状还影响其量值大小;均质地层中,管片衬砌裂缝主要出在封顶块接头处和其他环向接头处,层状地层中管片衬砌裂缝出现位置受接头位置影响减弱,而受层理倾角影响明显,管片衬砌裂缝出现位置主要集中在层理面法向。研究结果对层状围岩中修建盾构隧道的支护结构型式设计具有一定参考价值。     

单斜构造软硬互层围岩隧道变形特征及控制对策

为探究单斜构造软硬互层围岩隧道在不同岩层倾角下的变形特征,以渭源至武都高速公路木寨岭隧道工程为依托,对炭质千枚岩和砂质板岩互层围岩隧道开展了现场调研和现场监测,分析了隧道变形特征及影响因素; 利用有限差分软件FLAC 3D建立三维数值模型,研究了不同岩层倾角下的隧道变形规律; 针对不同的变形特征,总结了针对性的隧道变形控制措施。结果表明:隧道变形主要受岩层倾角和地下水影响,在单斜构造地层条件下隧道呈现出明显的非对称变形,隧道一侧岩层易发生弯曲变形和破坏,建议采用“非对称布设和长-短组合搭配”的预应力锚索对围岩进行主动加固; 在地下水汇集的情况下,隧道另一侧岩层易沿弱面发生顺层滑移破坏,应注意排水,避免地下水在初期支护背后汇集,减小地下水对围岩稳定性及初期支护变形的影响; 当岩层倾角小于50°时,隧道变形表现为沉降大于水平收敛; 当岩层倾角大于50°时,隧道变形则表现为水平收敛大于沉降; 隧道最大沉降随岩层倾角呈三角函数规律变化,当岩层倾角为40°～50°时,隧道沉降达到最大值; 最大收敛变形随岩层倾角呈指数规律变化,即岩层倾角越大,隧道收敛变形越显著。     

节理特征和围岩支护对隧道变形的影响分析

节理发育是隧道变形的主要影响因素之一,采用离散元软件UDEC对隧道围岩节理特征进行了数值模拟,分析了围岩节理组数、倾角、间距以及围岩支护对隧道变形的影响.研究结果表明隧道变形随节理组数增大而增大,多组节理下开挖支护不及时易出现塌方,隧道变形随着倾角的变化先减小后增大,节理倾角越大,支护控制隧道变形的作用越明显.     

地表倾角对节理岩体隧道围岩塑性区影响研究

取浅埋偏压隧道作为研究对象,通过FLAC3D有限差分元软件,研究了地表倾角在0°,10°,20°,30°和40°五种工况下,对节理岩体隧道围岩塑性区的影响,结果表明:随着地表倾角的增大,隧道围岩塑性区的范围和围岩拱顶的沉降量也随之增大;当地表倾角小于30°时,围岩拱顶的沉降量与地表倾角之间成线性关系。     

红层隧道围岩稳定性分析研究

红层地质节理发育,节理面对于工程岩体的变形和稳定性起着控制性作用。文章依托天坪寨隧道工程,确定红层结构面典型结构构造特征,采用块体离散元方法,对红层隧道开挖后软弱围岩稳定性进行研究,揭示出红层软岩受施工扰动后的力学行为特征,提出施工控制措施,以期为类似工程提供参考。     

顺层偏压隧道破坏特征及支护措施研究

处于倾斜层状岩体中的隧道常会产生地质顺层偏压的问题,导致隧道局部塌方、偏压变形及支护结构破坏。为探明顺层偏压隧道的破坏特征,本文采用了理论分析、数值模拟及现场实测的方法研究了顺层隧道围岩塑性区及位移场分布特征,揭示了应力分布特征、结构面分布特征与围岩破坏特征之间的关系,并针对性地提出了锚杆支护方案。研究结论表明:(1)深埋顺层偏压隧道的破坏特征主要表现在围岩将根据其切向应力方向与结构面方向夹角的不同分别发生岩层拉裂破坏、结构面剪切破坏及岩体自身破坏,不同破坏模式破坏范围不同导致了深埋顺层隧道的围岩塑性区、围岩位移等参数的分布呈现明显的偏压特征;(2)顺层偏压隧道围岩以岩层拉裂破坏及结构面剪切破坏为主,其中发生拉裂破坏的反倾侧拱腰位置附近围岩塑性区范围最广,围岩位移及洞周收敛位移最大,围岩处于极不稳定状态;(3)顺层偏压隧道应根据其偏压特征针对性的制定支护方案,对反倾侧拱腰和顺倾侧拱脚位置应采用长锚杆进行支护,但锚杆方向不应平行于结构面方向,而应呈一定角度。     

浅埋层状岩体偏压隧道滑移破坏机理及判定方法

渝涪高速公路鸭江隧道是典型的层状岩体隧道,其出入口段更是兼具了浅埋、地形和地质偏压等多重特点。基于鸭江隧道出口段的围岩参数,利用UDEC软件对不同岩层倾角条件下的浅埋层状岩体偏压隧道破坏过程进行了模拟。数值模拟的结果发现,当岩层倾角较小时易沿结构面垂直方向发生弯折破坏,当岩层倾角较大时易沿结构面发生滑移破坏。通过对隧道拱顶上方被挖断岩层建立受力模型,得出了拱顶上部岩层下滑力计算公式,并确定了下滑力大于零时会发生滑移破坏的判定准则。岩层倾角、地面坡角、隧道开挖范围内岩层厚度这3个因素的值越大,越易发生滑移破坏;结构面内摩擦角、岩层埋深这两个因素的值越小,越容易发生滑移破坏。研究成果对浅埋层状岩体隧道的设计、施工具有理论和现实指导作用。     

浅埋偏压隧道动力响应与加固技术研究

以某浅埋偏压隧道为例,采用有限元软件ABAQUS分析不同围岩类型、偏压角度下隧道动力响应和围岩稳定性,并研究抗滑桩桩长对隧道加固效果的影响.研究结果表明,随着偏压角度的增大和围岩等级的降低,塑性区范围逐渐增大,且深埋侧塑性区发展较快,围岩稳定性降低;抗滑桩虽未改善隧道偏压现象,但有助于降低衬砌最大压应力和最大变形,且抗...     

基于离散元法的薄层板岩隧道围岩变形机制分析

为探究木寨岭公路隧道2#斜井围岩大变形力学机制,结合离散元3DEC数值计算软件,分析了节理不同的倾角条件下对隧道稳定性的影响;并且对不同埋置深度以及岩石含水状态下的稳定性进行分析。结果表明:在45°的围岩节理倾角条件下,隧道变形更加明显,隧道变形失稳的现象随着其埋置深度的增加而严重。当隧道深度为500 m时,围岩发生失稳,具体表现为拱肩处薄板弯曲破坏和滑移失稳,围岩吸水后强度降低,表现出了软岩的流变特性,加速了围岩的破坏。     

炭质页岩小净距隧道围岩变形规律研究

以湖北宴家隧道工程为例,结合现场施工监测,采用有限元程序对节理围岩隧道施工进行模拟,对节理围岩隧道的开挖对地层扰动的范围进行定量确定.对小间距双线隧道在炭质页岩条件下节理面上游隧道先行施工进行数值模拟,将实测数据与数值模拟进行对比,总结出炭质页岩小间距隧道左右洞有施工差别时围岩变形规律.     

绝对位移测量在隧道监控量测中的应用

针对软弱围岩隧道特别是浅埋偏压、地层顺层的隧道,片理及节理裂隙发育,岩体破碎,开挖后由于应力重新分布,容易产生较大的下沉、收敛,甚至有可能会产生整体位移。常规采用的相对位移监控量测虽然能够监测出拱顶下沉量和周边收敛量,但无法监测出隧道整体位移情况。采用绝对位移监控量测能够准确监测出隧道偏移的方向和偏移量,为动态调整支护参数、及时采取有效的加固措施和合理预留变形量提供依据。     

高边坡下浅埋偏压隧道施工动态监测与分析

浅埋偏压段隧道围岩稳定性较差,施工时易发生坍塌、冒顶等事故。针对晋祠隧道高边坡偏压段的浅埋暗挖施工问题,制定了施工监测方案,通过对隧道和钢拱架支护变形、围岩压力和边坡水平位移的监测,获得了施工过程中隧道围岩的受力与变形规律。结果表明,隧道拱顶沉降、水平收敛随着隧道施工逐渐增大;隧道左拱脚处有最大的围岩压力、右拱腰处有最大拱架弯矩;边坡水平位移随隧道开挖有明显的台阶式跳跃变化,当仰拱封闭后,隧道变形、围岩压力、钢拱架弯矩和边坡水平位移等监测指标均逐渐趋于稳定。研究可为偏压浅埋段隧道的施工提供实践经验。     

顺向滑动

顺向坡为斜坡倾斜方向与岩层倾向一致的坡面;这种坡面可以是天然的,也可以是人为开挖出来的。人造顺向坡系指人为开挖出来的坡面顺着地层倾斜的方向下倾者,其斜度可以比地层的倾角大或小。广义而言,凡是倾斜方向与岩体不连续面(如层面、断层面、节理面、土岩交界面、不整合面等     

浅埋偏压洞口段隧道地震响应振动台模型试验研究

 首先对试验装置、模型相似比、相似材料、试验模型箱和测试技术等进行介绍,然后通过围岩与隧道结构的加速度响应、地层变形及内力分布规律等对振动台模型试验及数值计算结果进行分析和比较。分析结果表明：振动台模型试验和数值模拟结果有较好的吻合性;加速度随着高程的增加有明显的放大效应,偏压隧道地表临空坡面导致放大效应明显增加;地层随高程产生呈抛物线分布的相对位移值,相对位移值大小与围岩类型有关;隧道结构对地层有明显的追随性和依赖性;隧道衬砌横截面共轭45°方向为较大内力值分布部位,无偏压隧道结构横截面内力呈反对称分布,偏压隧道有较不利的内力值分布与较大峰值等。以上成果对于合理认识浅埋偏压隧道的地震响应特征具有重要意义,并对隧道实际工程设计和施工的抗震设防提供宝贵的基础资料。     

潜埋富水偏压隧道施工稳定控制分析

以新疆玉希莫勒盖隧道工程为依托,通过FLAC3D软件对其洞口段施工过程进行模拟,分析施工过程中围岩以及支护结构的变形、应力分布规律,及围岩开挖次序和地下水位对其的影响。研究结果表明:潜埋富水偏压隧道的最大竖向和水平位移位于隧道斜向4个角点位置,同时高压侧的围岩变形明显大于低压侧,且在隧道第1步开挖时差别最为明显;隧道开挖完成后,隧道底部围岩塑性区将会与泄水洞上方围岩塑性区连通成为一个整体,隧道围岩在隧道周边的破裂范围为底部4.2m、顶部5.6m、低压侧4m、高压侧7.6m;对于采用4步CRD法开挖的潜埋富水偏压隧道,应先开挖低压侧隧道上部土体,再开挖低压侧下部土体,最后再开挖高压侧上部和下部土体。     

暗挖隧道穿越杂填土地层数值模拟研究

以西安市地铁8号线某标段暗挖隧道为背景,采用FLAC3D软件建立暗挖隧道穿越杂填土地层三维数值计算模型,并分析了围岩应力和变形、衬砌结构应力和变形以及地表变形特性。研究结果表明,围岩应力呈层状分布,埋深越大应力越大,在隧道洞径约1倍范围内区域为隧道开挖扰动区;暗挖隧道开挖时,围岩影响范围和变形逐渐增大并趋于稳定;衬砌结构两侧壁以及拱顶有应力集中和扩散现象,表现为压应力和拉应力。隧道侧壁水平变形最大,竖向变形拱顶表现为沉降,拱底表现为隆起;隧道中轴线处地表水平变形为零,呈中心对称分布;隧道中轴线处地表竖向变形最大,呈轴对称分布。相关结论可为类似暗挖隧道施工提供参考。     

不同车道数偏压浅埋隧道的稳定性对比分析

偏压浅埋隧道受力特殊,所处工程地质环境复杂,荷载与抗力不明确。隧道车道数的不同使隧道围岩受力、位移产生了变化,在偏压浅埋情况下更加复杂。以广东龙头山隧道工程为背景,在相同偏压浅埋条件下选取单个隧道研究,对二车道、三车道、四车道的公路隧道用FLAC3D软件进行数值模拟对比分析,研究不同车道数隧道的开挖对围岩稳定性的影响。结果表明:隧道围岩竖向与横向位移随车道数的增加而增加;隧道两侧围岩受到的压应力和拱顶、拱底围岩受到的拉应力都是车道数越多受力越大;三种隧道的塑性区都到达了地表,形状大致相似,且车道数越少受影响区域越小;综合应力、位移、塑性区、变形来看,三车道隧道受偏压影响最大,二车道相对最为安全。