基于节理精细化描述的隧道围岩变形破坏特征分析

 福州机场高速二期金鸡山隧道是国内首例双向八车道连拱隧道,隧道区域内节理发育,围岩破碎,隧道围岩稳定性受节理展布特征影响显著。通过对金鸡山隧道中导洞开挖掌子面、区段断面及其他出露区域节理的采集,利用统计分析方法对隧道正洞区域内的节理展布预测;在此基础上,利用非连续变形分析(DDA)法对金鸡山隧道围岩变形、破坏过程进行模拟计算,对隧道围岩变形、破坏的典型阶段进行划分,并指出隧道容易发生变形破坏的部位。最后,将DDA计算分析结果与隧道施工过程中发生的塌方进行比较,两者性态一致,表明DDA法在隧道围岩的稳定性分析基本能够反映隧道真实稳定性,在隧道围岩稳定性分析方面具有良好的应用前景。     

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.     

砂岩隧道全断面光面爆破一次成形技术研究

针对大断面隧道爆破存在的超欠挖、围岩损伤严重等问题,以重庆江习代家坪大跨公路隧道为工程依托,利用正交方法设计了考虑微差、孔间距、装药量、孔径在内的16组隧道Ⅳ级砂岩段爆破方案,并利用LS-DYNA对大跨公路隧道穿越砂岩进行了爆破模拟。获得千万单元级隧道全过程爆破轮廓成型效果以及拱顶、拱腰、仰拱各处围岩的损伤分布情况,在此基础上,依据隧道光面爆破评价标准,筛选出隧道Ⅳ级砂岩段爆破优化方案,并将最优爆破方案应用于现场。结果显示:模拟轮廓效果与现场爆后掌子面轮廓效果基本一致,优化后的爆破轮廓成型效果明显优于原效果,相应的研究成果可以指导类似砂岩隧道施工。     

基于粗糙度的连拱隧道开挖断面线分析

超欠挖一直是隧道开挖中遇到的一大难题,文章在对金丽温高速木西岙连拱隧道超欠挖现场调查的基础上绘制出开挖断面线及平均开挖断面线,应用在评价岩体结构面几何形态时普遍使用的粗糙度方法对断面线进行评价,以分析开挖断面上不同部位超欠挖的差异性。得出连拱隧道开挖断面的超欠挖特征,同时估算超欠挖方量及由此造成对隧道成本的影响。     

隧洞超挖问题中的广义分数维研究

影响隧洞围岩超挖的主要因素是岩体的地质特征和地质组成,对岩体在开挖过程中会遇到超挖问题,将从岩石的破坏机理出发,研究裂隙岩体开挖后的隧洞周边分数维,并提出了裂隙岩体隧洞开挖周边的广义分数维模型。研究不同影响参数与隧洞周边分数维之间的关系,并从分形理论的角度建立隧洞周边分数维与隧洞超挖之间的关系,从而建立了以地质力学机理为基础的超(欠)挖与广义分形维之间的关系,最后通过实例来验证该模型在隧洞开挖过程中的适应性。研究结果表明:(1)岩体结构面的基本特征决定了隧洞在开挖过程中隧洞周边广义分数维的大小;(2)分数维越大表明越有可能存在较大的超挖;(3)随着分数维的增大,超挖量呈现多次非线性递增的趋势。     

隧道超欠挖的影响因素与控制措施

因爆破所产生的隧道超欠挖现象非常严重,不仅对隧道施工进度和工程造价有很大的影响,而且对隧道稳定性也会产生一定影响。通过良好的爆破技术可以把超欠挖控制在正常的水平以内,也可以把围岩的破坏维持在正常的水平,故掌握和运用超欠挖控制技术有着不可忽视的作用。基于此,分析超欠挖的影响因素,得到应对措施,以保证工程的综合效益。     

城市浅埋暗挖隧道减震控制爆破施工技术

结合具体工程实例,对城市浅埋暗挖地铁隧道微震控制爆破技术进行了分析研究,总结出一套适用于城市浅埋大断面隧道、小间距隧道、破碎围岩隧道、临近建筑物隧道的爆破技术,以及隧道超欠挖的控制方法。     

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。     

公路隧道近景摄影

采用近景摄影的方法，以获取隧道开挖的实态轮廓线，从而获得任意断面的超挖、欠挖数据。另外，通过前后两次的测摄可获取围岩的变形数据，利用以上数据可对隧道围岩结构进行受力分析、计算，也可确定最佳二次衬砌时间。     

节理岩体中隧道围岩变形特征分析

金鸡山隧道是国内首例双向八车道连拱隧道,隧道区域内节理发育,围岩破碎,隧道围岩位移受节理展布特征影响显著。通过对施工中中导洞开挖掌子面、区段断面及其它出露区域节理的采集,利用统计分析方法对隧道正洞区域内的节理展布预测。在此基础上,利用自行编制的非连续变形分析计算的断续节理扩展过程的模拟算法,对金鸡山隧道的位移特征进行分析。结果表明,金鸡山隧道在2组节理作用下隧道围岩位移以竖向位移为主,且最大位移发生在外侧拱肩部位,研究成果为隧道施工中支护加固提供依据。     

站式三维激光扫描仪在地铁隧道断面检测中的应用研究

断面检测是地铁建设中非常重要一环,断面超欠挖情况直接影响工程建设质量,然而传统断面检测方法主要是使用全站仪采集离散数据形成断面的空间形态,这样不利于原始数据利用和隧道空间形态展现。结合三维激光扫描技术,本文探讨使用徕卡公司的高精度站式扫描仪P40进行地铁隧道的信息采集,通过对点云数据去噪、拼接、坐标转换、拟合、裁切和点云抽稀等后处理,真实展现地铁隧道的空间形态,此方法具有很多传统方法无法比拟的优势。以青岛地铁1号线过海段为例介绍了具体的应用方法,得到了一些有益的结论。     

铁路隧道初期支护极限位移的意义及确定

阐述了隧道支护系统极限位移的意义,系统地介绍了初期支护极限位移的确定方法。采用连续体模型,按铁路隧道衬砌标准设计采用的断面形式和材料参数,对各级围岩中不同埋深条件下铁路隧道初期支护极限位移进行计算模拟,并对计算结果进行统计处理,与允许位移进行比较,单、双线断面相对位移分开,拱顶下沉、拱脚水平位移和墙脚水平位移设不同判据,采用修订前规范所列的埋深档次,确定档次范围值,最后综合确定出一套适于当今铁路隧道位移判别的极限位移数据。     

软弱围岩隧道台阶法施工中拱脚稳定性及其控制技术

以铁路隧道为背景,采用数值分析手段,并结合部分现场监测资料,对软弱围岩隧道台阶法施工过程中隧道拱脚变形特征、上台阶基底围岩失稳形态及拱脚稳定性控制技术进行分析。结果表明:(1)软弱围岩隧道施工过程拱脚沉降和水平收敛均表现突出,在实际工程中,拱脚变形控制是软弱围岩大变形控制的关键之一。(2)拱脚部位围岩屈服程度相对较高是该处施工变形显著的根本原因。在台阶法施工过程中,基底围岩的破坏形式随台阶高度的增加由拱脚局部失稳逐渐向基底整体剪切失稳过渡。(3)从对隧道拱脚及洞周变形控制效果出发,IV级围岩可采用长台阶法施工,V级围岩宜采用短台阶法施工,而VI级围岩应采用微台阶法施工。(4)从不同台阶高度条件下极限位移的计算结果可以看出,对于软弱围岩隧道,施工中在确保掌子面稳定的前提条件下,适当增加台阶高度有利于围岩的稳定。(5)扩大拱脚和临时仰拱2种工法对控制拱脚及洞周变形均有明显的效果。扩大拱脚技术适用于拱部沉降显著的工程,而临时仰拱技术则更适用于水平收敛显著的区段。     

岩石节理表面三维形貌特征的分形分析

 利用高精度三维表面形貌测试仪Talysurf CLI 2000对节理试件表面进行扫描,将表面粗糙形状进行数值化表达并实现节理面的三维可视化。在此基础上,运用分形几何理论对节理表面三维形貌特征进行分析,得出节理剖面线的分形维数与JRC之间的函数表达式。以单个节理面为研究对象,探究节理表面分形维数与剖面线分形维数以及JRC之间的关系,这对分形几何理论在节理表面形态研究中的深入应用有重要意义。     

紫坪埔隧道小净距段现场监测试验研究

 为节约工程造价,紫坪铺隧道汶川端设计为渐变小净距隧道与整幅修建的泯江大桥相接。该端隧道洞口段左、右线间距较小,围岩较差。为保证隧道的安全施工和积累经验,对紫坪埔隧道小净距段进行衬砌内力、围岩压力、位移及地表沉降等项目的监测工作。现场监测结果表明：(1) 后行洞开挖对中岩墙及先行洞的围岩及结构均产生一定的影响,影响程度视围岩级别不同而不同;(2) 采用上下台阶法施工时,上下台阶交界部位是应力集中和初期支护薄弱之处,施工中应加强对上下台阶交界处的监控量测;(3) 中岩墙是小净距隧道的薄弱环节,为保证施工过程中的安全,应加强对中岩墙应力、位移的监控量测。     

节理岩体强度的分形统计分析

岩体中存在大量节理、裂隙，导致岩体力学性能弱化。基于岩体节理断裂扩展和剪切滑移2种失稳破坏机制，运用分形和统计断裂力学方法探讨了2种破坏方式下节理岩体的统计强度。结果表明，岩体强度与岩体中节理分布的分形维数密切相关，分形维数增大导致岩体强度非线性降低。     

雁门关隧道大变形突泥段地质结构与力学分析

雁门关隧道位于走滑构造控制的恒山变质岩地区,在施工过程中经常遇到大变形、突泥等问题。通过对该隧道施工灾害典型段(DK118+30.0～DK118+200.0段)的走滑偏压特征分析、偏压数值模拟以及应力和变形收敛监测等发现:(1)研究段穿越小尺度的走滑断层;(2)围岩级别差异是深埋隧道偏压的主导因素,偏压对围岩的下沉收敛影响显著甚至起控制作用;(3)隧道大变形突泥段的围岩破坏机制是层间剪切和挤压破碎。研究认为,在构造复杂的变质岩地区进行隧道等地下工程设计施工时,要充分考虑围岩所受应力情况和岩性差异等因素,灵活变更施工技术。     

小线间距城市双线隧道围岩稳定性分析

在修建城市双线隧道时，由于地形等因素的限制，隧道间距一般都难以满足普通技术规范的要求。为了分析双线隧道围岩稳定性特征与围岩级别，隧道间距，支护等的变化关系，应用有限元数值方法方法对小线间距双线隧道围岩稳定性进行了详细计算，得出小线间距城市双线隧道最小净距的参考值，并对厦门仙岳山隧道进行了围岩稳定性计算。     

深埋硬岩隧洞系统砂浆锚杆的加固机制与加固效果模拟方法

系统布置的砂浆锚杆是深埋硬岩隧洞主要支护结构,锚杆与围岩组成锚杆–围岩复合结构体,使围岩的力学特性得到改善。基于岩体的莫尔–库仑(M-C)屈服准则,推导锚杆–围岩复合结构体满足M-C准则的应力条件。结合岩体劣化本构模型,提出确定锚杆–围岩复合结构体力学参数的方法。锚杆与弹性围岩和屈服围岩组成的锚杆–围岩复合结构体的力学参数确定方法不同,锚杆与屈服围岩组成的锚杆–围岩复合结构体的力学参数与围岩当前状态的等效塑性应变有关。基于此提出一种模拟隧洞开挖支护过程中系统普通砂浆锚杆加固效果的数值方法。该方法能较好地模拟锚杆支护时机对围岩稳定性的影响。最后运用该方法对锦屏II级水电站2#引水隧洞围岩稳定性进行分析,为隧洞的施工和支护设计提供参考依据。