圆形隧道衬砌围岩变形压力的时间效应

本文通过理论分析和模型实验研究了圆形隧道衬砌上的围岩变形压力的时间效应。研究结果表明:作用在隧道衬砌上的围岩变形压力的大小及其分布形式都具有明显的时间效应;在选择设置衬砌的时间时,建议考虑围岩材料的蠕变主时间;围岩内粘塑性流动区随时间的扩展,将导致围岩变形压力随时间增加。另外,还讨论了衬砌上围岩变形压力的分布形式随时间的变化。     

公路隧道围岩压力监测及衬砌结构受力分析

通过对公路隧道深埋段围岩压力进行监测,绘制围岩压力变化曲线,分析围岩压力变化规律。通过有限元数值模拟分析衬砌结构受力情况,为日后类似隧道工程的合理设计与施工提供了借鉴与参考。     

破碎围岩连拱隧道衬砌受力数值解与解析解对比研究分析

运用ANSYS计算软件对一具体连拱隧道施工过程进行模拟,得出其围岩压力与中隔墙应力,然后运用三种传统的计算方法得出围岩压力,最后对比分析,指出在各自条件下的优劣,对设计、施工有一定的指导作用.     

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。     

蠕变围岩隧道二次衬砌支护时间的研究

在软弱围岩中,作为主要承载结构和最后一道防水线的二次衬砌的支护时间至关重要[1]。若支护时间过早,衬砌因围岩蠕变的影响将产生较大的变形和所承受的荷载较大,从而出现破坏现象;若支护时间过晚,围岩因蠕变的影响产生较大的位移而失稳,从而引发跨塌等工程事故。因此,对蠕变围岩隧道的二次衬砌支护时间的研究具有重要的工程意义。文章应用蠕变损伤理论,从应变的角度得出二次衬砌合理的的支护时间,对隧道工程的设计、施工具有一定的指导意义。     

隧道围岩大变形及二次衬砌裂缝稳定性分析

对隧道围岩大变形发生机制进行了研究,并对隧道围岩大变形进行了重新定义,在对二次衬砌作用机理进行分析的基础上,重点对衬砌裂缝的稳定性展开了分析研究,并得到一系列研究结论,能够为衬砌病害的研究提供一定的理论支撑。     

隧道二次衬砌的施工

＂新奥法原理＂的三大要素之一,是复合式衬砌设计、施工的核心技术。本隧道按＂新奥法＂原理组织施工,施工中加强监控量测,合理确定二次衬砌的施作时机。本文论述了准确地调整支护参数,修正施工方法及施工程序,确保施工安全。     

深埋圆形隧道双层衬砌应力分析

采用弹性力学理论,推导出圆形隧道双层衬砌应力解析解,并以重庆某在建隧道工程为例,讨论了不同弹性模量和泊松比的混凝土初衬和二衬的应力分布规律,结果表明,整个衬砌的径向应力是连续分布的,而切向应力在初衬和二衬的交界面上出现了跳跃,呈现阶梯递减,衬砌出现了两次应力集中,分别位于初衬和二衬的最内层。     

隧道二次衬砌施工探讨

结合焦作至晋城高速公路隧道施工情况，就二次衬砌对初期支护的要求作了介绍，探讨了高压大变形围岩和一般软弱围岩的施工时机以及NTM的应用问题，总结了几点施工体会。     

流变岩体中任意形状隧道分部开挖响应的理论解

针对流变岩体中任意断面形状隧道的任意复杂分部开挖问题,根据复变函数理论结合Laplace变换建立黏弹性位移、应力与复位势之间的关系,给出了各施工阶段力学响应(位移与应力)理论解的一般求解方法和解答。从解答可以看出,各步增量位移是新开挖边界处释放面力作用下的流变位移与之前所有各施工步边界释放面力在本步时段中的增量流变位移的和,与施工路径相关。以圆形断面隧道分两阶段(从半圆形到圆形)任意分部开挖为例,导出了各步开挖过程围岩位移与应力的解析解。为验证解答的正确性,针对圆形断面上下开挖方式,将理论结果与有限元结果进行了对比,两者一致。利用解答对上下开挖、右左开挖两种方案下圆形隧道的位移、应力分布特点进行了分析。根据本文方法,可以得到任意黏弹性模型岩体中,复杂孔型任意分部开挖过程的解答。依据解答可建立快速预测系统,给出更方便、快捷地进行相似工程条件下初步设计的可选方法。     

流变岩体中椭圆洞室断面开挖过程的力学分析

给出了黏弹性流变岩体中深埋椭圆隧洞断面开挖过程中力学响应的解析解答。通过设定长短半轴随时间变化的函数可模拟施工过程。首先,结合变边界黏弹性问题对应关系和平面弹性复变方法,求得岩体应力及开挖引起位移的统一表达。在推导中,通过建立逆映射函数,分离出参与Laplace变换的时间。然后,对模拟为Boltzmann黏弹模型的岩石材料,给出了积分形式的位移表达式。最后,针对不同类型岩石进行不同开挖方式和速度下无量纲位移及应力的参数分析。分析表明,施工方式对位移与应力有明显影响。给出的解析解答可用于地下椭圆孔型隧道在开挖过程中的力学分析,并可作为实际工程初步设计的手段。     

山岭公路隧道围岩压力统计规律分析

基于大量公路隧道围岩压力监测数据，分析了垂直围岩压力与隧道开挖跨度、埋深、围岩级别的关系，并和深浅埋隧道法、普氏系数法计算得到的围岩压力进行了对比分析，得到了实测垂直围岩压力值与规范计算值之间的关系。同时，统计分析了侧向压力、侧压力系数及隧道二衬压力在各级围岩级别条件下的分布规律：侧向压力随着埋深及围岩级别的增加而缓慢增长；侧压力系数随着围岩级别的增加逐渐变大，并普遍大于规范值；实测二衬围岩压力荷载分担比例与规范基本相符。     

邓肯模型的改进

邓肯(Duncan)等人用有限单元法对土石坝等土工建筑物中应变强化土料作非线性的应力应变分析,提出了一个简单实用的模型。该模型考虑了工程实践经验,运用常规试验技术,取得了近似的,但尚能令人满意的成果。它的主要缺点是不能反映中主应力、应力轨迹以及凝聚性土在拉压复合应力作用下的特性,这些问题对实际应用影响较大。本文做了某些改进,使模型能反映凝聚性土的抗张拉能力,并且能按试验成果准确反映无侧限压力作用情况下应力与应变的关系。     

外水压下隧道围岩与衬砌的随机有限元分析

为探讨在外水压力作用下隧道围岩和衬砌的力学承载特性,以龙潭隧道为依托,进行了随机有限元数值模拟。模拟采用了响应面法和蒙特卡罗模拟的手段,并进行了响应面方程拟合和概率敏感性及相关性的计算分析。分析结果表明,在外水压力的作用下,隧道衬砌的破坏形式以受压破坏为主,提高围岩弹性模量较衬砌弹性模量对改善衬砌承载外水压的力学性能更为有效。并在此基础上指出,外水压下的衬砌设计和隧道施工应考虑下述因素:围岩可以分担外水压力的承载特性、地层结构法的计算模型、注浆具有堵水和加固的双重效果。     

深埋非对称连拱隧道围岩压力计算方法研究

非对称连拱隧道具有几何与结构形式不对称、开挖跨度大、施工工序繁多、结构受力复杂等力学特性,在进行支护结构设计中通常需要进行荷载–结构模型验算,而其荷载确定尚无成熟的计算方法。在此背景下,考虑了左右两洞室几何与结构形式不对称条件,基于连拱隧道双塌落拱的基本假定,根据普氏理论推导了深埋情况的围岩压力计算公式。将推导公式取对称条件,则可以退化为常规连拱隧道的计算公式,验证了所推导公式的正确性。最后结合工程实例,验证了所推导公式的合理性。研究方法和结论可以为非对称连拱隧道的设计荷载确定提供重要参考。     

流变岩体中既有隧道与新建平行隧道相互影响的理论解

在流变岩体中进行隧道施工时,既有隧道与新建隧道的相互作用将使围岩应力、位移分布与单隧道问题有明显不同,且与时间相关。针对黏弹性岩体中深埋双圆形隧洞考虑施工顺序问题,用复变函数方法、Laplace变换、黏弹性叠加关系导出两隧道周边开挖增量位移和应力场的求解方法和理论解答,并与有限元解进行了比对。根据解答分析了既有和新建隧道孔边增量位移与全应力分布特点;隧道周边增量位移随时间的变化;周边位移随隧道间距的变化规律。可用于黏弹性岩体中双圆形隧道顺序开挖的施工分析。相比数值方法,理论解可更方便地进行参数分析和初步设计。     

圆形压力隧洞限裂配筋设计方法研究

为研究圆形压力隧洞衬砌合理的限裂设计方法,采用钢筋混凝土有限单元法对隧洞衬砌的受力特性进行分析,指出隧洞衬砌具有内力值随衬砌开裂区域增加而减小、配筋取决于裂缝宽度的限制要求而非承载力、规范中的裂缝宽度计算公式不适用等特性。通过对厚壁圆筒承载力计算公式的重新推导,指出该方法没有引入裂缝处环向钢筋应变最大值与环向钢筋在整个圆周内平均应变的比值ψ’,使得钢筋面积计算值过小。鉴于隧洞衬砌的受力特性及没有合适的ψ’计算方法,建议取消厚壁圆筒公式,而采用钢筋混凝土有限单元法进行隧洞衬砌的配筋计算。对能由有限元计算直接求得裂缝宽度的衬砌,以裂缝宽度限值要求确定钢筋用量与布置;对不能由有限元计算直接求得裂缝宽度的衬砌,以限制钢筋应力来控制裂缝宽度,即以钢筋应力限值要求确定钢筋用量与布置。最后,通过较多的算例给出隧洞衬砌的钢筋应力限值,当保护层厚度为50mm时钢筋应力限值可取120MPa,当保护层厚度为100mm时钢筋应力限值可取100MPa。     

Full stress and displacement fields for steel-lined deep pressure tunnels in transversely anisotropic rock

An analytical solution is derived that provides closed-form formulations for stresses and displacements for a deep pressure tunnel in a transversely anisotropic rock, with a steel liner, and subjected to a uniform internal pressure. For the derivation, it is assumed that the tunnel support includes a thin steel liner, concrete backfill and that there is an annulus of damaged rock around the concrete. It is also assumed that all materials remain elastic and that the concrete and the damaged rock cannot transmit shear or tangential stresses. The solution is verified by providing comparisons between its results and those from the Finite Element program ABAQUS. For thin steel liners, it can be assumed that the contact pressure between the different materials is uniform, and thus the bending moments in the liner are negligible. This is due to the low bending stiffness of the steel liner. The paper is inspired by and expands the work by Pachoud and Schleiss (2015) who conducted an extensive numerical parametric analysis to obtain correction factors that, when used with an analytical solution for isotropic materials, approximate the maximum principal stress in the liner and intact rock.