埋深与围岩变形模量对隧道支护结构承载特性影响分析

研究深埋软弱围岩隧道支护结构的可靠性。构建了隧道结构的可靠性评价体系,采用蒙特卡罗概率设计以及有限元分析方法对深埋软弱围岩隧道支护结构的可靠性进行了分析,并讨论了可靠性分析结果表征,给其他深埋软弱围岩隧道支护结构的可靠性评价提供参考。

试图以渝湘高速公路某隧道施工过程的监测资料,通过反演分析算出围岩参数如弹性模量、泊松比等,并计算隧道衬砌内力和变形,对隧道衬砌结构整体稳定性进行分析。

石柱槽隧道支护结构变形监测分析——通过对沪蓉高速公路石柱槽隧道支护结构变形监测与分析，获得了在复杂地质条件下各施工阶段隧道支护结构的变形和受力的变化规律，参照相应断面的变形实测值，就能掌控隧道洞身的形变，判断掌子是否安全稳定，对现场情况和后续...

以湖北某高速公路隧道为工程背景,针对iv级围岩,利用有限元程序,通过数值模拟的方式,分析了采用台阶开挖和环形开挖时初期支护结构的变形和应力特征,结果表明:采用环形法所产生的应力和位移总体较台阶法小,从安全的角度考虑,环形开挖较好.此外,在初期支护后,应该对隧道的局部位置进行加强处理,以免出现初期支护的局部破损、降低其整体性.

为掌握地高地应力破碎围岩隧道支护形式与参数及施工方法,以天平铁路关山隧道为工程实例,结合现场对支护结构的应力量测,运用flac3d有限差分软件,对隧道支护结构应力、位移进行数值模拟研究,跟踪研究了支护结构竖向应力、水平应力、竖向位移、锚杆轴力等随着掌子面推进的变化规律,并对现场实测的支护结构随时间变化规律进行研究。结果表明:在掌子面距离监测支护2b范围以内时,支护结构应力增长较大,超过2b范围后,应力增长较小,表明支护结构是稳定的;数值模拟和现场实测规律基本一致,但其大小不尽相同,这是由于数值模拟忽略了节理、地下水等影响因素。

通过有限元模拟隧道台阶法施工,分析地表沉降、拱顶、拱底、横向变形和围岩最大、最小主应力随开挖步增长的变化规律,研究围岩变形特性和纵向影响范围,基于突变理论对拱顶沉降进行分析,研究围岩突变时机.结果表明:隧道开挖对掌子面的变形影响主要发生在拱顶、拱底及拱腰位置,地表沉降主要集中在隧道开挖中线附近,应力集中则发生在拱腰及拱脚处；影响范围主要集中在开挖面开挖方向前后1d(d为开挖洞径)范围内,其中开挖面前后0.5d范围为强影响区,0.5～1d范围为弱影响区.

结合西安-南京线桃花铺1#隧道采用隧道掘进机(tbm)施工实践,运用有限元法,针对tbm施工隧道中常见的轴线偏移问题,定量分析了tbm施工隧道超欠挖对隧道围岩及支护结构的影响,得出的结论可供同类工程参考。

为控制软岩变形,确保施工安全,结合谷竹高速公路油坊坪隧道在施工过程中多次出现的大变形情况,提出\"弱化锚杆+增强初期支护的刚度与强度\"的支护方案,并与原方案及\"弱化锚杆\"的支护方案进行对比研究。通过数值模拟对不同支护方案下位移变形量、锚杆受力情况、塑性区的发展情况、喷射混凝土的应力以及二衬结构的受力情况进行分析;同时现场选取3组试验段,对3种不同支护方案下的围岩变形及围岩压力情况实施现场监控量测。数值模拟结果和现场监测结果表明:弱化锚杆的措施对支护体系的整体支护效果影响不大,而且能节省工序和降低工程成本;增强初期支护的刚度与强度能有效地控制围岩大变形。提出的\"弱化锚杆+增强初期支护的刚度与强度\"支护方案是可行的,可为沿线同类隧道支护优化提供参考。

通过对软岩巷道围岩变形力学响应特性分析确定了弹塑性区应力、弹塑性位移、破碎区应力与破碎区半径的影响因素,并确定了与各因素之间的函数关系,为巷道支护提供了依据。结果表明,巷道围岩所受应力随着埋深的增大而增加,并且围岩产生的塑性范围和破碎区也相应增大。在巷道形成初期,需要立马对其进行支护处理,同时对围岩进行封闭。支护能够减小围岩所受应力,减小其围岩塑性范围和破碎范围的增加。在巷道围岩受力增加的起始时期,其塑性范围和和破碎范围增长速度相对平衡,当围岩受力达到一定程度时,围岩发生变形,塑性范围增长速度开始减缓,破碎范围扩大速度则相对增加。

为分析膨胀岩对隧道工程造成的影响程度,综合分析膨胀岩的细观膨胀机理和宏观膨胀特性,确定膨胀发生的主客观因素,通过对膨胀岩试验结果的归纳,提出一种膨胀岩综合分级标准。针对膨胀岩的胀缩性质,推导湿度应力场和温度应力场的理论关系,以玉蒙铁路秀山隧道为工程背景,利用ansys软件分析不同膨胀级别、膨胀范围下膨胀力对支护结构的影响程度。结果表明,在弱膨胀工况下最大注浆加固范围为2m,中等膨胀工况下最大加固范围为6m,强膨胀工况下原断面不再适用。膨胀级别越高,支护结构变形越大,隧道拱顶位移随着膨胀力的释放由下沉逐步变为上升,仰拱产生底鼓,边墙收敛表现为在一定的加固范围下随膨胀系数增加而增加,在中、强膨胀级别下随着加固范围的增加表现为前期变形很快,而后期变小的现象,支护结构有被压扁的趋势。

基于某城市地铁2号线穿越工业厂房区引起地基变形的工程背景,简化为实体应变模型,采用数值模拟的方法对开挖前后隧道围岩变形进行对比,目的是研究盾构在开挖过程中对周围岩体的变形影响情况。结果表明,盾构开挖过程中隧道围岩变形比较大,隧道中心处竖向变形情况远大于水平变形,盾构与隧道的接触面处的应力高度集中且远远大于周围岩体的平均应力。

以云南省呈贡至澄江高速公路提古铺隧道为例,采用大型二维有限元plaxis程序模拟隧道开挖施工,分析大断面隧道开挖工程中双侧壁导坑法的施工工况,以及在施工过程中分别引起的围岩沉降及应力,对衬砌结构设计参数及施工方法的合理性进行了理论验算.

针对铁路客运专线对路基检测技术的要求,介绍地基系数k30、变形模量ev2、动态变形模量evd三种力学性能指标的测试原理、测试方法;结合京沪高速铁路实践,对各指标实测值进行对比、分析,指出evd检测可以代替k30、ev2检测,evd指标与物理检测指标共同使用,能够全面反映路基压实情况并保证工程质量。

分析了不同地质条件下的锚杆作用效应、锚杆抗拔力及其主要影响因素,同时根据锚杆承载拱理论给出了计算系统锚杆承载能力的计算方法,应用该方法分析了隧道在不同地质条件下各类支护型式的承载能力及其费效比,得到了系统锚杆在相对破碎的岩层中对洞室稳定的作用较大,随着地质条件变差,系统锚杆的费效比大幅度降低的认识。结合大量工程设计与施工方面的实践经验,经过系统分析后得到如下结论:在软弱围岩条件下不宜大量使用密集布置的系统锚杆,此时应以采用少量的、带注浆功能的、疏而长的锚管为主,可以充分发挥其稳定初期支护的作用。

由于山子顶软弱围岩公路隧道施工现场所采用的环形开挖留核心土法并不能保证隧道施工的顺利进行,提出扩挖支护施工方案.首先论述扩挖支护施工工序,然后采用ansys有限元方法构建扩挖支护厚度为0、20、30、40、50、60cm6种三维计算模型,系统分析扩挖支护与初期支护的力学行为.研究得出：扩挖支护是软弱围岩隧道一种相对优越的施工方案,且当扩挖支护厚度达到60cm时初期支护的主压应力为16.4mpa,主拉应力为0.48603mpa,满足其材料强度要求.

深部坑道围岩的变形与承载能力问题——通过传统连续介质力学理论描述宏观尺度上的岩块行为，借助光滑函数的组合描述岩块间间断位移场的不光滑性，从而揭示了岩块界面的局部变形行为，使得能量在介质中的存储、耗散与通过间断界面边界转移的能得到数学刻画。在该...

隧道原位扩建需要将原有结构拆除后再进行隧道扩挖,形成大断面隧道。从原隧道的开挖形成小断面隧道到拆除原有结构再扩挖成大断面隧道,围岩经过多次扰动后,经受的应力状态错综复杂。以大帽山隧道原位扩建为例,介绍采用数值模拟手段建立新建4车道和原位扩建4车道隧道的力学计算模型,得出原位扩建隧道的围岩变形及力学特性,为该隧道的支护结构设计提供依据。

运用合适的刚度参数对实际工程进行数值计算,采用ansys建立基础模型导入3dec中,克服了3dec建模程序的固有缺陷;根据节理岩体变形参数以及孔隙水压力对结构面变形特性影响的研究结论,利用3dec对黑山隧道在开挖过程中的变形规律进行了研究,得出浅埋破碎围岩区开挖沉降变形影响距离为60m等,与工程实际符合较好的数值模拟结果,从而为确定合理的二衬作业时机奠定了基础。

富水板岩地层的膨胀问题一直是地下工程领域亟待解决的难点问题.以沪昆客运专线长昆湖南段姚家隧道出现的膨胀问题为出发点,利用midas/gts软件建立二维平面应变非线性对称计算模型,将已取得的基于时间效应的富水板岩隧道围岩膨胀本构模型导入至midas/gts软件中,研究膨胀作用下板岩隧道支护结构力学响应机制.结果表明:板岩在膨胀作用过程中,围岩膨胀力成为影响支护结构内力的主要荷载,由于膨胀力的存在,拱脚处的轴力、剪力、弯矩和仰拱跨中弯矩、轴力均会显著增加;围岩在膨胀过程中,与支护结构密贴的围岩附近会产生明显的塑性区,塑性区主要集中在隧道仰拱以下区域和拱顶附近环形区域内,仰拱以下塑性区层次明显;塑性区的分布范围和隧道支护结构的位移之间呈正相关性.

结合工程实例,通过对财神梁隧道全断面法和台阶法两种不同开挖方法下典型断面的围岩变形监测,研究了其稳定性状况,并对围岩变形曲线进行了回归分析,从而优化开挖方法和指导施工。

季节性冻土地区黄土隧道稳定性受较多因素影响,为了研究含水量变化和冻融循环次数对黄土隧道围岩变形规律的影响,以山西阳曲1号隧道为研究对象,对不同含水量黄土隧道进行多次冻融循环后的围岩变形规律进行研究。结果表明,含水量不变时,位移拱底最大,水平次之,拱顶最小;含水量增加时,水平、竖向位移迅速增加。冻融循环次数增加时,围岩水平位移、竖向位移都增加,产生较大变形,含水量越大,这种影响也越大。围岩在相同冻融循环情况下,拱底竖向位移最大,其次为拱顶竖向位移,拱腰处水平位移最小。随着围岩经历冻融循环次数的增加,水平位移、竖向位移都增加,产生较大变形,对围岩整体稳定性产生较大影响。随着冻融循环次数的增加,拱顶竖向位移、拱底竖向位移增长速率大于边墙水平位移,在拱顶拱底产生较大变形。

富水板岩地层的膨胀问题一直是地下工程领域亟待解决的难点问题.以沪昆客运专线长昆湖南段姚家隧道出现的膨胀问题为出发点,利用midas/gts软件建立二维平面应变非线性对称计算模型,将已取得的基于时间效应的富水板岩隧道围岩膨胀本构模型导入至midas/gts软件中,研究膨胀作用下板岩隧道支护结构力学响应机制.结果表明：板岩在膨胀作用过程中,围岩膨胀力成为影响支护结构内力的主要荷载,由于膨胀力的存在,拱脚处的轴力、剪力、弯矩和仰拱跨中弯矩、轴力均会显著增加;围岩在膨胀过程中,与支护结构密贴的围岩附近会产生明显的塑性区,塑性区主要集中在隧道仰拱以下区域和拱顶附近环形区域内,仰拱以下塑性区层次明显;塑性区的分布范围和隧道支护结构的位移之间呈正相关性.