到溪洞口浅埋软弱围岩段隧道设计

针对到溪隧道出口段埋深较浅并存在一定偏压、围岩破碎、节理裂隙发育、自稳能力差等,对隧道洞口浅埋段采取地表预注浆设计进行加固,并阐述了注浆施工工艺,较好的改善了软弱围岩的成拱稳定条件。     

浅埋傍山隧道拱顶节理岩体边坡稳定性研究

以安徽省黄塔高速公路龙瀑隧道为分析对象,通过围岩地质结构特征分析、参数反演和稳定性计算,探讨了浅埋傍山隧道拱顶边坡稳定性分析思路和加固方案。研究表明:(1)倾坡外节理面的存在对隧道拱顶边坡的稳定影响显著,在开挖切割坡脚后极易出现边坡失稳;(2)对于裂隙较发育的拱顶边坡,采用大管棚注浆加固可有效提高其稳定安全系数;(3)对于存在架空节理面的岩体边坡,大管棚的加固效果要明显好于大直径锚杆。以上研究成果对类似浅埋傍山隧道修建有着较好的借鉴和指导作用。     

桩基荷载作用下隧洞破坏模式研究与安全分析

 以重庆市朝天门隧道为工程实例,采用有限元强度折减法进行桩基荷载作用下隧洞的稳定性分析。桩与隧洞相互作用是一个桩–岩土–结构共同作用的复杂过程,主要有3种破坏模式：隧洞破坏、桩基破坏、衬砌破坏。隧洞破坏与桩基破坏属于土体剪切破坏,可以采用有限元强度折减法求其稳定安全系数。针对桩基荷载作用下隧洞稳定性的各种影响因素：岩体强度、桩基荷载、桩与隧洞距离及桩的埋深等,建立6种计算方案、16种计算桩位,求出相应的安全系数,并分析其内在规律。桩与隧洞之间存在临界距离与临界埋深,当桩位于临界距离或临界埋深范围之内时,桩对隧洞稳定性有较大影响,隧洞先发生破坏,反之则桩对隧洞影响较小,桩基先发生破坏。     

隧洞稳定性影响因素的敏感性分析

本文采用与常见地铁车站尺寸相仿的隧洞作为算例,通过有限元强度折减法计算隧洞的稳定安全系数,按照定量分析数据,采用灰关联分析方法进行了隧洞稳定性影响因素的敏感性分析,综合分析了六种因素对隧洞稳定影响的敏感性,按大小依次为:黏聚力、内摩擦角、高跨比、重度、埋深和固定高跨比时的跨度。研究表明:在隧洞围岩稳定性分级时,除了考虑地质因素以外,还应对隧洞尺寸,如高跨比与跨度等进行考查。此外,还研究了仰拱深度对隧洞二衬结构稳定性的影响,当围岩稳定性等级较高时无需仰拱,而等级很低时要求仰拱有一定深度才能保证结构安全。上述研究为围岩稳定性分级和隧洞优化设计提供了良好的基础。     

隧洞破坏机理及设计计算方法

作为一个学术报告对以往研究成果做一个综述,内容主要由作者发表过的相关论文组成,包括隧洞的破坏机理、隧洞深、浅埋分界标准,无衬砌隧洞围岩的稳定分析及有衬砌时隧洞的设计计算方法,以供参考。     

论上海沪西湖沼平原地区岩土工程条件的复杂性

上海沪西松江广富林为硬土层浅埋地区,浅埋硬土分布规律十分复杂。对某一地块分析得知,实为一包含有二级内叠阶地的晚更新世末期掩埋阶地。随着内叠阶面标高降低,硬土层厚度变薄、土质变差,使桩基设计条件急剧恶化。经试算,在厚层软土分布地区（h＞80 m）,唯浅埋硬土埋深在3~5 m时,场地平均剪切波速有可能＞500 m/s,为Ⅲ类场地;埋深＞5 m时均为Ⅳ类场地,无进行场地波速勘探的必要。     

极限分析有限元法在节理裂隙隧洞中的应用

通过对节理裂隙隧洞非线性有限元模型进行强度折减,使隧洞达到不稳定状态,有限元计算将不收敛,此时的折减系数就是地下洞室的安全系数.同时折减岩体强度和结构面强度、只折减结构面强度,两种情况下得到的安全系数是一致的.将围岩塑性应变发生突变时的塑性区各断面中塑性应变值最大点的位置连成线得到了节理裂隙隧洞的破裂面.通过以上工作,评价了节理裂隙隧洞的稳定性和设计合理性,得出了几点有益的结论.     

厚层偏压隧道洞口边仰坡稳定性及其预加固技术

飞仙关隧道雅安端洞口地处厚层松散堆积体段,地质条件复杂,隧道岩体松散破碎、不稳定,节理裂隙非常发育,地表渗水严重等情况,且围岩地应力分布十分不均匀,使得隧道浅埋偏压的受力特征尤为明显,从而严重弱化了洞口边仰坡的稳定性。文章分析了洞口边仰坡的影响因素和破坏机理,通过数值模拟计算研究了飞仙关隧道雅安端洞口边仰坡分别在不同洞口埋深下的稳定性,以及采取隧道洞口地表预加固措施后边仰坡的稳定性。研究结果表明:隧道洞口埋深对隧道围岩应力、地表位移和边仰坡塑性区的大小有很大影响;隧道洞口采取预加固技术处理后围岩各项指数明显减小,边仰坡稳定性有较大的提升。计算结果对飞仙关隧道的设计和施工具有指导作用,特别是在围岩地质条件较差的地区,对洞口采取预加固措施以提高边仰坡稳定性是非常必要的。所得研究成果对厚层偏压隧道洞口边坡稳定性分析具有一定的参考价值和借鉴意义。     

基于块体和松动压力理论的隧洞围岩稳定性分析

岩体中开挖隧洞的围岩失稳形式较多,尤其在埋深浅、应力低、结构面发育的地质区域经常出现顶部垮塌和边墙滑动失稳现象。笔者以某导流隧洞为工程背景,基于块体理论,运用Unwedge程序以不同隧洞走向和不同开挖断面形式条件下搜索出的关键块体重量和安全系数为研究目标,通过对比优选出适合本区域内导流洞围岩稳定的理论轴线走向和断面形式,为设计单位提供理论支撑。同时,对主次节理高度发育、围岩破碎严重、不适于用Unwedge程序进行计算的区域应用松动压力理论对围岩稳定进行计算并给出支护建议。     

隧道开挖过程中地层变形的统计分析

 以70余座浅埋暗挖法修建的隧道的实测数据为基础，对影响地层变形的各种因素进行统计分析，提出浅埋暗挖隧道的最大沉降量计算公式。同时还得到几点地层变形规律，如：最大地表沉降和拱顶下沉值的概率分布近似成正态分布；随着围岩稳定性由好变坏，地表沉降和拱顶下沉值也呈逐渐增大的趋势；隧道跨度为5～10 m时，II，III，V类围岩条件下的最大地表沉降值与上覆土层厚度关系呈凸形状，II，III类围岩的最大拱顶沉降值在埋深25 m范围内随隧道埋深增大而增大；拱顶沉降与地表沉降比值多为0.5～1.5；在埋深小于20 m范围内，沉降槽宽度多为(8～12)R(R为等效半径)。最后对50余座产生塌方隧道的坍落高度和塌方量进行统计，并对影响隧道塌方的主要因素进行分析。该研究成果为隧道进一步的设计、施工提供科学的参考依据，具有重要的实用价值。     

Numerical analysis of surface subsidence in asymmetric parallel highway tunnels

Tunnelling related hazards are very common in the Himalayan terrain and a number of such instances have been reported. Several twin tunnels are being planned for transportation purposes which will require good understanding for prediction of tunnel deformation and surface settlement during the engineering life of the structure. The deformational behaviour, design of sequential excavation and support of any jointed rock mass are challenging during underground construction. We have raised several commonly assumed issues while performing stability analysis of underground opening at shallow depth. For this purpose, Kainchi-mod Nerchowck twin tunnels (Himachal Pradesh, India) are taken for in-depth analysis of the stability of two asymmetric tunnels to address the influence of topography, twin tunnel dimension and geometry. The host rock encountered during excavation is composed mainly of moderately to highly jointed grey sandstone, maroon sandstone and siltstones. In contrast to equidimensional tunnels where the maximum subsidence is observed vertically above the centreline of the tunnel, the result from the present study shows shifting of the maximum subsidence away from the tunnel centreline. The maximum subsidence of 0.99 mm is observed at 4.54 m left to the escape tunnel centreline whereas the maximum subsidence of 3.14 mm is observed at 8.89 m right to the main tunnel centreline. This shifting clearly indicates the influence of undulating topography and in-equidimensional noncircular tunnel.     

基于颗粒流程序的仿真节理岩体模型及其应用

为实现采矿巷道周边节理网络的仿真模拟以及节理岩体中巷道的稳定性分析,构建了包含颗粒流块体模型、原生节理网络和次生节理网络的仿真节理岩体模型。针对岩体内部次生节理产状和面积不可准确测量的难题,提出了卸荷作用下次生节理产状和面积的计算方法:根据开挖前后应力张量变化计算卸荷方向,利用Fisher分布函数生成围绕在卸荷方向附近的随机节理产状;监测卸荷前后颗粒中储存能量的变化,计算节理面积和半径。通过布置测线方式获得巷道中原生节理密度和产状信息,利用Monte-Carlo方法实现对原生节理的重建;利用次生节理计算方法实现次生节理网络的建立,从而建立仿真节理网络以及仿真节理岩体模型。计算结果显示:无节理模型中顶板和底板先破坏,以张拉破坏为主;而在仿真节理岩体模型中节理部位最先破坏,原生节理以剪切破坏为主,次生节理以张拉破坏为主,在高应力作用下巷道周边基本全部破坏,需整体支护且重点在左右两帮。该计算方法可为节理岩体中巷道的稳定性计算提供参考及建议。     

川藏铁路雅安至新都桥段地应力特征及工程效应分析

拟建的川藏铁路雅安-新都桥段地处川滇藏构造交汇区,地应力场复杂,针对该区现今地应力场的研究有助于川藏铁路的科学建设.基于水压致裂法地应力实测数据,对川藏铁路雅安-新都桥3个区段(雅安-泸定段、泸定一康定段和康定-新都桥段)的地应力特征和分布规律以及其工程效应进行分析.研究结果表明:(1)主应力值随埋深具有较好的线性关系...     

基于现场实测数据统计的隧道围岩压力分布规律研究

 围岩压力作用模式和时空演化规律是隧道支护结构设计的核心内容,一直是地下工程界研究的热点问题之一。在总结隧道围岩压力类型和主要影响因素的基础上,通过对44座隧道91个监测断面围岩压力的统计分析,研究隧道围岩压力的总体分布特征及其与围岩级别、隧道埋深的关系,讨论竖向、侧向围岩压力及侧压力系数随隧道埋深增大的变化规律。基于现场监测数据的统计分析,研究隧道围岩压力时程变化的基本规律,将隧道围岩压力随时间变化划分为快速增长–缓慢增长–趋于稳定的3个阶段,其中快速增长阶段多集中在隧道开挖后无支护或支护结构尚未完全发挥作用的一段时间;讨论隧道围岩压力沿洞周的分布规律和不均匀系数的分布特征。研究结论为分析隧道围岩压力作用机制和完善支护结构设计方法具有一定的参考价值。     

Upper bound limit analysis of support pressures of shallow tunnels in layered jointed rock strata

With more and more large-span shallow underground projects being built in layered jointed rock strata, there is an increasing interest in the study of stability problems of such projects. The upper bound theorem of limit analysis has been found to be a valid method for analyzing such problems and it is crucial to ensure the accuracy of the failure mode when applying this method. In the present paper, for tunnels in layered jointed rock strata, 8 factors including the thickness of the weathered overburden, the states of the rock joints, and the depth of the tunnel were considered by analyzing the failure mode. By using the orthogonal array testing strategy and the distinct element method, 64 different numerical simulation models based on an actual tunnel project were simulated. The test results showed that the range of the loose zone was determined by the stretch, slippage, and fracture area of the joints. Two kinds of loose zone were obtained, i.e. the arch collapse loose zone and the caving collapse loose zone. The loose zone boundary was analyzed and fitted with linear and non-linear models; such as parabola and power function curves, respectively. The rational failure mode was studied by analyzing the recognition method, the classification, and the failure mechanism of the caving collapse loose zone. By using the liner least squares method, an empirical formula of the boundary of the caving collapse loose zone was obtained, and its boundary were divided equally with identical angles, then a kinematically admissible velocity field was established. Based on the virtual power principle and virtual work principle, the upper bound theorem of limit analysis was adopted to study the support pressures and a limit analysis model was established. A real tunnel project case was studied as an example, and the results were compared with the Terzaghi theory and the Fraldi theory, so as to demonstrate the applicability of the proposed method.     

考虑深部岩体各向异性强度的井壁稳定分析

目前在工程设计中,仍粗略地将节理岩体近似为各向同性体,在考虑节理对岩体强度的弱化作用时,均根据节理连通率对完整岩石的抗剪强度参数进行折减,因而未能反映岩体的各向异性特性。这对于浅部岩体工程来讲,也许是可以接受的,但随着建井深度的增加,进入深部状态的岩体表现出更强的各向异性特征,岩体的各向异性将不能忽略。将节理各向异性几何分布特征对岩体力学性能的影响通过微面的节理连通率来反映,从莫尔–库仑抗剪条件出发,采用方向分布函数分析方法,曾提出了一个基于二阶连通率组构张量的节理岩体各向异性强度准则。简要论述该各向异性强度准则,根据该准则研究了井筒的弹性稳定问题。研究表明:考虑岩体的各向异性强度对井筒进行钻井灌浆分析时,在给定的泥浆压力下,沿最大地应力方向钻井的安全系数并不一定比沿其他方向钻井的安全系数高。     

考虑多因素影响的双线隧道初支极限相对位移模型研究

隧道初支极限相对位移U0/U是围岩及支护系统稳定性评判的重要指标。相关规范规定不同围岩级别和埋深下初支极限相对位移的取值范围,给围岩稳定性评判提供一定的灵活性。为更精确地得到不同岩体力学参数和隧道设计参数下的U0/U值,采用有限差分法研究跨度B对[BQ]值的修正系数K4,在工程岩体BQ分级法基础上建立了岩体质量修正指标[BQ]－B;采用多元非线性回归技术,拟合双线隧道拱顶和拱脚处U0/U与[BQ]－B、埋深h的关系式,建立多因素影响下的双线隧道初支极限相对位移模型,该模型综合考虑多种因素对U0/U的影响,并能给出U0/U的定量值,弥补现行规范的不足,为准确评判围岩稳定性提供新的方法与思路;同时其确定的函数关系也有助于信息化编程和应用。采用山平高速公路隧道多个断面的实测数据,验证所建模型对深埋软岩、浅埋黄土、深埋硬岩中等跨度隧道的适用性,为类似隧道的施工和监测提供借鉴意义。     

岗上隧道围岩变形地质勘察分析

以岗上隧道工程为例,对地形地貌、地层岩性、地质构造等隧道围岩的工程地质条件进行了分析,通过勘察研究,对场地的稳定性进行了评价,指出隧址区及其附近新构造运动不强烈,未见滑坡、崩塌、泥石流等不良地质作用。     

逐级加载下浅埋软岩隧道动力破坏振动台试验

浅埋隧道围岩的质量普遍较低,整体稳定性差,隧道震害表明强震作用下浅埋隧道极易发生震动破坏。通过开展V级围岩条件下浅埋隧道在小震下的震动响应和逐级加载下的震动垮塌振动台试验,研究了小震作用下围岩加速度沿地层的分布、衬砌结构的内力变化和围岩内部的水平位移变化规律,强震作用下衬砌结构裂缝开展和围岩震动垮塌。结果表明:围岩加速度随距地表距离的减小而增加,地表加速度约为拱顶处加速度的1.63倍,相同高度平面内靠近隧道的围岩振动具有一定的加强;隧道拱顶围岩内部的水平位移大约是拱腰围岩内部的1.23倍,围岩内部位移随着远离隧道而逐渐减小,随着震动烈度的增加而不断增加;隧道拱顶上方垮塌区形状近似漏斗,震动引起隧道衬砌结构拱脚处的轴力和弯矩变化最大,且拱肩和拱脚处裂缝分布最多,应加强拱肩和拱脚处结构的抗震性能。