黄土隧道双侧壁导坑法施工围岩力学性状及变形界限值

黄土特殊的工程性质给大断面黄土隧道设计中围岩变形控制量与预留变形量值的确定带来了困难。本研究以大断面马蹄形黄土隧道为对象,采用ＦＬＡＣ3Ｄ数值计算软件,建立三维数值模型,依据黄土物理与力学指标,研究了不同支护强度条件下黄土隧道围岩应力、变形变化规律以及拱顶监测变形极限值。结果表明:开挖扰动作用下黄土隧道地层应力由地面到拱顶距离先增大后减小,地层沉降位移随与地面距离增大而增大。隧道拱顶最大沉降随支护模量的减小先缓慢增长,随后迅速增长,不易控制。因此需要找到拱顶沉降加速增长的临界点,对应的极限值作为拱顶沉降的控制条件。由于隧道拱顶最终沉降由掌子面开挖前拱顶沉降和掌子面开挖后可检测出的拱顶监测沉降组成,可结合位移释放率得出监测沉降极限值,确定拱顶监测沉降控制条件。研究成果为黄土隧道围岩稳定性监测提供理论依据。     

硬塑粉质黏土层深埋马蹄形隧道开挖土拱演化分析

硬塑状粉质黏土地层深埋马蹄形隧道开挖易出现土拱效应.以改进的太沙基围岩压力理论为基础,对上述马蹄形隧道开展了数值计算和现场监测试验,分析隧道开挖全过程中围岩竖向应力重分布及地层沉降变化情况,得出压力拱的形成及演化规律,并分析围岩力学参数大小变化对压力拱形态的影响.研究结果表明:压力拱内围岩应力及地层沉降变化显著,可作为...     

隧道围岩应力和塑性域的双剪强度理论的分析

针对隧道开挖围岩产生塑性屈服的应力条件变化及稳定性问题,根据隧道围岩的平衡条件和统一强度理论塑性条件,求解得到了圆形隧道的径向应力和环向应力。分析了平面应变条件下统一强度理论的强度参数及围岩支护压力与隧洞半径之间的关系。探讨了平面应变下中主应力参数和统一强度理论次主剪应力系数变化条件下圆形隧道围岩径向应力和切线应力随径向半径的变化规律分布。考虑了支护压力和平面应变统一强度理论中主应力参数和次主剪应力系数对塑性域半径的影响,分析结果表明引入中主应力参数的塑性计算结果更加符合实际。     

风化砂岩公路隧道渗流-应力耦合数值模拟

以江西省宜春市宜遂高速公路风化砂岩高且隧道工程为例,利用有限元分析软件Midas/GTS三维模拟了高且隧道的施工和开挖过程,将所得结果与现场监测数据进行比较,研究了渗流-应力耦合对隧道稳定性的影响,比较了耦合与非耦合条件下隧道稳定性的变化。结果表明,在渗流-应力作用下,隧道稳定性受到明显影响,渗流主要发生在隧道仰拱和边墙处,各施工阶段断面孔隙水压力在拱底处最大,在拱顶处最小;对比非耦合条件,在耦合条件下隧道拱顶、拱底和水平收敛值均有所增加,孔隙水压力对不同岩性的隧道拱顶沉降有很大影响。     

非饱和条件下隧道掌子面稳定性的上限分析

为了准确分析非饱和条件下隧道掌子面稳定性,采用非饱和土体双应力状态变量抗剪强度准则研究土质和岩质隧道掌子面的稳定性问题,用极限分析上限法构建非饱和隧道掌子面的破坏模式,根据外力功率等于内能耗散率建立功率方程,推导非饱和隧道掌子面围岩压力的解析解,并通过序列二次规划算法得到隧道围岩压力或支护力的最优上限解,并分析不同参数对掌子面破坏的影响。结果表明：饱和与非饱和条件下土质掌子面围岩压力差异较大,其中土体中的基质吸力可以减小掌子面的围岩压力;当基质吸力等于进气值时,围岩压力曲线会发生明显转折;围岩内摩擦角对非饱和土质隧道掌子面的潜在破坏面位置影响较大,且内摩擦角越小,掌子面破坏范围越大。岩体饱和度S_r对岩质隧道围岩稳定性有重要影响,S_r增大时,掌子面所需要的支护力也越大。     

基于FLAC~(3D)的高速公路隧道两种开挖方式稳定性分析

高速公路隧道开挖常受地质条件、围岩卸荷应力重分布及开挖断面的影响制约,需要采用不同的开挖方式来保证围岩的稳定性。软弱地层条件下六车道双连拱隧道施工条件复杂、开挖方式多变,在掘进过程中采用数值计算分别对不同开挖方式下隧道围岩稳定性进行模拟分析,可以得到围岩的应力分布情况和支护结构的受力状态。结果表明,在掌子面中隔墙的上方以及左、右洞外侧边墙部位围岩变形和支护结构受力较大,在中隔墙底部底鼓严重。因此,在类似隧道掘进过程中,应加强这些部位的支护参数及结构质量,必要时可在中隔墙底部开挖一定深度施作浅基础。     

超孔隙水压力作用下某隧洞稳定数值模拟研究

为研究在超孔隙水压力作用下隧洞开挖支护后围岩的应力应变特性,以某新建取水隧洞为例,采用数值分析法对隧洞的开挖支护过程进行模拟。结果表明:受超孔隙水压力影响,土体开挖将造成隧洞位移逐渐增大,及时支护后变形量得到控制;隧洞围岩剪应力主要分布在拱顶和洞底两侧,支护后剪应力和剪应变均有所减小;在地表车载作用产生超孔隙水压力后,隧洞拱顶右侧所受剪力和弯矩明显大于左侧。     

含水率对高地应力炭质板岩隧道围岩稳定性的影响研究

当隧道穿越高地应力富水软弱围岩区段时,易发生坍塌、初期支护结构侵限、钢架扭曲脱离等不良现象。针对这一问题,以渭武高速公路木寨岭隧道为实际工程背景,运用有限差分法软件FLAC3D分别建立了不同含水率下双侧壁导坑法和三台阶七步开挖法施工隧道的数值模型,分析讨论了两种施工方法下围岩压力、竖向和水平位移、塑性区随着含水率增大的分布规律和发展情况。结果表明：随着含水率的增大,炭质板岩强度降低,围岩自稳能力降低,进而降低了隧道的稳定性。隧道上部台阶开挖后,炭质板岩段各监测断面沉降和收敛变形较快,变形量较大;完成初期支护之后,沉降和收敛变形速度逐渐降低,待距离掌子面50 m以后趋于稳定。     

隧道洞口浅埋段大管棚受力分析

以溪洛渡水电站交通工程某公路隧道洞口浅埋段采用大管棚预加固为分析实例,通过有限差分法数值计算,研究了掌子面开挖时不同位置管棚的内力、位移变化规律及围岩内塑性区变化。分析表明：上台阶掌子面开挖影响管棚内力及位移明显,下台阶开挖影响较小;掌子面开挖至一定时,拱顶管棚的剪力值最大,从拱顶向左右侧管棚上的剪力逐渐减小;管棚轴力和弯矩最大值位于掌子面开挖处;根据围岩内塑性区可获得管棚搭接长度及系统锚杆设计长度。     

隧道开挖数值模拟及复合式衬砌安全性分析

隧道的开挖与支护是涉及多个因素的复杂过程,利用ANSYS软件对其进行数值模拟,分析隧道围岩在不同参数的复合式衬砌下的应力、位移变化,以及衬砌体自身的内力状态。运用强度折减法计算出不同工况下隧道围岩稳定安全系数,以研究锚杆对隧道围岩的加固作用和锚杆直径的变化对围岩稳定产生的影响;在二次衬砌受到稳定围岩荷载的条件下,运用数值计算方法计算各种厚度条件下衬砌的安全系数,探讨二次衬砌厚度变化与其所引起的自身内力状态以及自身的安全系数有着怎样的关系。模拟分析取得了较好的效果,可为类似工程实践提供参考与指导。     

上软下硬地层隧洞开挖面极限支护力及变形规律

确定隧洞开挖面极限支护力最值在隧洞开挖中极为重要。当盾构机通过上软下硬复杂地层时,若隧洞开挖面支护压力控制不当,极易引起隧洞开挖面失稳,对施工安全构成巨大威胁。针对上述状况,采用引入孔隙水压力修正后的计算模式对某盾构隧洞开挖面极限支护力进行了理论计算,并利用数值模拟方法对上述计算结果进行了验证。对复杂地质条件下盾构施工引起的开挖面变形及开挖面前方地表沉降、隆起规律进行了分析。相关成果可为复杂地质条件盾构隧洞开挖面极限支护力最值的确定及安全施工提供依据。     

黄土地区非对称小净距隧道的合理错距研究

西安轨道交通工程修建于我国黄土地区,地铁停车线区间具有埋深浅、净距小、断面型式分布不对称等特点,开挖时为了避免左右线之间扰动过大,需要确定一个合理的掌子面错开距离。以西安地铁8号线工程的存车线区间为研究背景,通过FLAC^3D有限差分软件对不同方案下的开挖进行动态模拟,对模拟结果进行整理分析,并结合现场实际监测数据来验证模拟的正确性。研究发现：不同方案对围岩变形及应力的最终值几乎无影响,但需要控制变形速率与过程中的极值影响;隧道掌子面对已开挖土体的纵向影响范围约为3倍跨度,当掌子面错距为2～3倍的跨度时可以有效地控制围岩的变形速率,而当隧道错距较大时,开挖过程中围岩的最大剪应力显著增加,同时中间土柱部位产生了较大的相对位移差,不利于围岩稳定。基于研究结果,可以将掌子面的错距缩减至约30 m,以保证施工安全,提高施工效率。     

引汉济渭工程黄三段输水隧洞围岩变形与压力分析

以分析深埋长隧洞围岩应力和应变为目标,考虑隧洞施工方式,围岩支护形式等因素,通过数值计算,动态模拟隧洞施工过程,获取了黄三段输水隧洞初期支护后的围岩变形情况以及围岩与衬砌相互作用关系。计算结果显示:采用设计的初期支护形式,可有效控制不良洞段的围岩变形,Ⅳ、Ⅴ类围岩最大收敛变形满足规范设计要求。Ⅳ、Ⅴ类围岩与衬砌间的相互作用力随衬砌浇筑时距掌子面距离的增加而降低,但在距掌子面约4倍洞径后降幅微小。通过对比分析经验方法与数值方法所确定围岩压力成果,确定了衬砌结构设计所需的围岩压力指标,为黄三段输水隧洞设计提供了依据,分析方法可为相似工程提供参考。     

深埋隧洞连续爆破开挖围岩应力演化规律

针对高地应力赋存环境下深埋隧洞连续爆破开挖过程,采用ANSYS/LS-DYNA动力有限元软件模拟分析了围岩应力演化规律。通过对比分析准静态地应力重分布、地应力重分布与爆破荷载耦合作用2种工况,获得了高地应力赋存环境下深埋隧洞连续爆破开挖推进过程中的围岩应力演化规律及影响因素:深埋隧洞围岩主要表现为高地应力作用下的剪切破坏,隧洞连续爆破开挖卸荷过程中地应力重分布是洞壁远区围岩应力场改变的主要原因,炸药爆炸产生的爆破荷载只对炮孔附近的围岩应力产生影响,使炮孔附近围岩产生爆破张拉损坏。就本算例而言,连续爆破开挖卸荷只对掌子面后方约4 m范围内围岩产生影响,连续2个循环进尺后隧洞围岩应力场基本趋于稳定。     

齐热哈塔尔水电站大深埋长隧洞关键技术难题及对策

齐热哈塔尔水电站工程发电引水隧洞存在隧洞长、埋深大、高地应力、岩爆和高地温等复杂工程地质问题,因此,对隧洞围岩稳定、施工期安全、隧洞支护荷载和衬砌型式等的研究至关重要。通过采用现场围岩变形和地应力释放测试、数值模拟反演分析和衬砌时机试验研究等方法,分析了深埋长隧洞高地应力与岩爆的产生机理、岩爆特征和破坏形式,以及高地温的成因,研究了高地应力、岩爆和高地温对施工、衬砌荷载和衬砌型式的影响。针对上述问题对策如下:对于高地应力围岩洞段,开挖完成后,初期支护采取时间滞后的方式消减高地应力;对于岩爆洞段,采取主动预防措施和强施工支护,确保施工安全,将岩爆发生的可能性及岩爆的危害降到最低;对高地温洞段开挖采取通风、在掌子面和风带口放置冰块、对掌子面和附近岩体喷水等降温措施,而且完善和优化了隧洞一次支护和二次衬砌设计。这些措施保证了引水隧洞的施工和运行安全,对类似地质条件的隧洞工程设计和施工具参考价值。     

深埋隧洞开挖稳定性评价方法对比研究

引入2种等效超载法,并结合强度折减法和超变形法,对深埋隧洞初次开挖支护的稳定性进行渗流-应力耦合计算分析.结果表明,考虑增加初始孔隙水压力和应用弹塑性损伤本构模型均会增加破坏区的范围和最大值;等效超载法与强度折减法产生的破坏区范围差异性较大,且得到的安全系数要大于强度折减法;基于弹塑性损伤模型的强度折减法得到的安全系数...     

斜坡下浅埋偏压隧道地层响应的解析解答

针对斜坡下浅埋偏压隧道的开挖问题,考虑重力梯度作用,根据有限元模拟结果对现有解析偏压初始应力场进行修正,通过理论推导给出隧道开挖引发的地层响应解析解。求解采用复变函数法和Laurent级数解法,采用两种荷载释放方式建立隧道开挖边界的应力边界条件。结合地表边界条件求解得到完整的复位势表达,进而得到全域开挖增量应力和位移的理论解答。考虑到实际工程中隧道边界不存在不平衡力影响,采用洞心释放的理论解答分析了斜坡角度对隧道开挖后的地表位移和洞周应力、位移的影响。结果表明:随斜坡角度增大,偏压影响更加显著,地表位移整体向浅埋侧移动,浅埋侧隆起现象越加明显,地表最大沉降量减小,沉降槽整体向深埋侧移动。环向全应力在90°和270°区域出现拉应力极值,并随偏压角度增加向顺时针方向移动。研究成果对浅埋偏压隧道的初步设计具有参考价值。     

敞开式TBM隧洞通风系统布置及除尘效果研究

为了研究敞开式TBM施工通风布置方案并提高通风除尘效果,以引汉济渭秦岭输水隧洞TBM工程为依托,利用数值计算软件FLUENT对不同送风风速,不同送风管位置下的洞内除尘效果进行了计算研究,并将模拟计算与现场实测结果对比,优化了施工通风系统布置。研究结果表明:粉尘质量浓度从拱架作业区至主控室逐渐增大,随着到掌子面的距离增加,粉尘浓度降低;送风风速越大,洞内粉尘危险浓度区域越广,敞开式TBM内人员集中作业区的粉尘质量浓度越小;送风管距掌子面越远,人员集中作业区粉尘浓度越高,送风管布置在距掌子面15 m时,作业区粉尘浓度最低。优化方案将送风风管和除尘风管分别布置在距掌子面15 m和25 m,送风风速和除尘风速为40 m/s和15 m/s时,作业区粉尘质量浓度可控制在2 mg/m~3规范限值以下。     

某水电站引水隧洞突水数值模拟

 离散元软件 UDEC 可以用来模拟裂隙岩体的开挖以及进行水力全耦合分析。采用 UDEC 来模拟裂隙岩体开挖后在水力耦合作用下渗流流量与其对应水压力的变化过程并预测可能发生的突水灾害。结果表明开挖洞室以后,在围岩渗流与应力耦合作用下,围岩中裂隙隙宽、裂隙中水压及其渗透流量三者相互作用、相互依赖。裂隙隙宽的减小使得结构面水力梯度变大,作用在裂缝上的渗透压力增大,促进导水裂缝扩展,裂隙连通性增加。裂缝隙宽增大,渗透能力增强,渗流量增大,其渗流压力相应降低。在一定条件下,裂隙隙宽的改变可导致局部水力通道的形成,高压水头从局部涌出,从而促进突水灾害的形成。西南某水电站在深部裂隙岩体中开挖引水隧洞,该处地应力高且外水压大,容易引起突水灾害,对其进行了突水数值模拟,提示了一些可能发生突水的位置。     

特定沉降阶段的盾构隧道地表沉降研究

以某电力盾构隧道土压平衡盾构掘进施工为背景,提出了特定阶段的地表沉降预测公式.考虑注浆压力、盾构机与土体摩擦力、开挖面推力等因素,利用数值仿真软件进行模拟盾构开挖数值试验.综合现场实测数据、公式计算结果、数值模拟结果对土体横向变形和纵向变形规律进行了研究.结果表明:土体横向沉降变形呈现"U"形分布,随着土体深度的增加,...