變質巖區(qū)隧道開挖作用下圍巖應力場變化 及其穩(wěn)定性分析

結合廣樂高速公路長基嶺隧道施工工程,利用有限差分軟件flac3d對2條隧道之間巖體中含有溶洞情況下的隧道圍巖穩(wěn)定性進行數值模擬研究。結果表明:隧道開挖后,隧道圍巖分別向隧道內和溶洞內變形,且變形幅度隨著溶洞尺寸的增大普遍變大;隧道圍巖塑性區(qū)分布位置和范圍隨著溶洞尺寸的不同出現明顯的變化;隧道底部圍巖由于拉應力的出現可能使圍巖產生過大的變形和巖體破壞,對其穩(wěn)定性要給予特別的重視。所得結論可為同類隧道的設計、施工和研究提供有益的借鑒和參考。

考慮中南地區(qū)紅層工程性質的區(qū)域差異性及大跨度隧道圍巖穩(wěn)定性的敏感性,對紅層進行礦物及化學成分分析;基于紅層的性質及大跨度隧道的特點,采用交叉中隔法(crd)進行開挖與支護,經數值仿真及監(jiān)測數據分析,隧道圍巖穩(wěn)定性滿足要求。

隧道圍巖穩(wěn)定性分析及其控制

大跨度小凈距隧道開挖對巖土體擾動較大,其開挖過程的穩(wěn)定性問題一直是人們關注的焦點之一.以大帽山隧道為研究對象,選擇v級圍巖采取crd法開挖為研究目標,運用flac軟件對隧道開挖全過程進行數值分析,結果表明新建隧道采取crd法開挖圍巖豎向應變大于水平方向,有利于減小圍巖擾動程度并充分發(fā)揮自身穩(wěn)定性,拱腰和拱底圍巖應力釋放較大,開挖過程中應加強支護剛度,研究成果可為施工過程中有效控制圍巖應力、應變提供借鑒.

結合工程實例,基于塊體的失穩(wěn)條件和層狀巖體的破壞條件,分析不同地質構造形態(tài)巖層下,隧洞開挖過程中圍巖的穩(wěn)定性。并根據洞室圍巖產狀與開挖幾何邊界的關系,提出圍巖易破壞點的位置確定方法。最后,通過對工程實例中圍巖塌方的統(tǒng)計,分析塌方圍巖原因,進一步驗證層狀巖體中圍巖的穩(wěn)定性評價。

地下洞室圍巖穩(wěn)定性分析——一、無壓洞室圍巖重分布應力計算　　如果洞室半徑相對洞長很小，按平面應變問題考慮，概化為受均布壓力的薄板中心小圓孔周邊應力分布…………　　2塑性圍巖重分布應力　　地下開挖后，洞壁的應力集中最大,當它超過圍巖屈服極限...

采用室內試驗研究手段獲得隧道圍巖力學特性,以mohr-coulomb彈塑性模型及應變軟化模型為基礎,采用flac3d數值模擬軟件,構建三維數值模型,計算深埋隧道圍巖特征曲線及縱剖面變形曲線,并對隧道圍巖及支護結構安全性進行評價。結果表明:采用彈塑性模型計算所得的隧道圍巖安全系數低于應變軟化模型所得的安全系數,表明采用彈塑性模型進行支護結構設計時,支護結構安全性較低,設計中可能會增加支護材料費用,而考慮應變軟化條件下的圍巖安全系數更加接近于工程實際;采用極限應變值或支護結構極限承載壓力所獲得的圍巖—支護系統(tǒng)安全系數較為接近,說明兩種方法的差異較小,均可用于隧道圍巖支護結構優(yōu)化設計,采用收斂—約束法計算隧道安全穩(wěn)定性更加直觀,對工程實際具有一定指導作用。

隨著公路隧道的建設越來越多,隧道在修建過程中地質災害問題多種多樣,其中圍巖失穩(wěn)問題尤其突出。通過對圍巖穩(wěn)定性分析預判,采用多種方法對破碎圍巖隧道開挖與支護方案的合理性進行分析,從而指明未來隧道破碎圍巖穩(wěn)定性的發(fā)展方向。

以實際深埋軟巖引水隧洞施工為背景,在對導致大變形的圍巖壓力性質認識和力學行為分析的基礎上,結合室內實驗、數值模擬手段、施工變形監(jiān)測數據和圍巖—襯砌接觸壓力現場試驗,研究了隧洞開挖后洞周位移分布特征、圍巖變形和支護受力隨時間發(fā)展規(guī)律。研究結論表明:(1)大主應力方向為垂直方向的高地應力環(huán)境中,隧洞軟巖大變形以擠壓型變形為主;(2)開挖面和二襯對約束隧洞空間位移分布具有重要作用;(3)軟弱圍巖變形發(fā)展和支護受力具有明顯的流變特性和時間效應,及時施加二襯能有效限制流變變形的發(fā)展。在研究基礎上提出了一些施工中有益于控制圍巖穩(wěn)定性的建議。

為掌握地高地應力破碎圍巖隧道支護形式與參數及施工方法,以天平鐵路關山隧道為工程實例,結合現場對支護結構的應力量測,運用flac3d有限差分軟件,對隧道支護結構應力、位移進行數值模擬研究,跟蹤研究了支護結構豎向應力、水平應力、豎向位移、錨桿軸力等隨著掌子面推進的變化規(guī)律,并對現場實測的支護結構隨時間變化規(guī)律進行研究。結果表明:在掌子面距離監(jiān)測支護2b范圍以內時,支護結構應力增長較大,超過2b范圍后,應力增長較小,表明支護結構是穩(wěn)定的;數值模擬和現場實測規(guī)律基本一致,但其大小不盡相同,這是由于數值模擬忽略了節(jié)理、地下水等影響因素。

基于能量的角度,采用極限分析理論中的上限定理對軟弱圍巖下淺埋隧道的穩(wěn)定性進行分析,得到了圍巖壓力的理論公式。研究表明：埋深、土體容重越大及黏聚力、內摩擦角越小,淺埋隧道的圍巖壓力越大,破壞范圍也越大;當埋深較大、圍巖較好時,淺埋隧道由于自穩(wěn)能力有可能不會發(fā)生破壞,而對于比較差的圍巖,在施工過程中應采取更為安全可靠的支護措施,以防止發(fā)生垮塌破壞。

以黎家灣隧道穿越圍巖破碎段為研究背景,建立了有限元數值模型,采用數值分析方法研究了隧道開挖過程中的位移和初期支護的內力,計算結果表明開挖過程中隧道變形和支護內力滿足設計要求,說明現場隧道開挖和支護方案可行,為類似工程施工設計提供參考。

基于能量的角度,采用極限分析理論中的上限定理對軟弱圍巖下淺埋隧道的穩(wěn)定性進行分析,得到了圍巖壓力的理論公式。研究表明：埋深、土體容重越大及黏聚力、內摩擦角越小,淺埋隧道的圍巖壓力越大,破壞范圍也越大;當埋深較大、圍巖較好時,淺埋隧道由于自穩(wěn)能力有可能不會發(fā)生破壞,而對于比較差的圍巖,在施工過程中應采取更為安全可靠的支護措施,以防止發(fā)生垮塌破壞。

天然巖體在隧道開挖過程中會受到不同程度的擾動,在巖性較好的地層中,研究巖體在開挖過程中的圍巖穩(wěn)定性,對于隧道開挖有著重要的意義。本文以重慶至長沙公路水江至界石段南湖隧道工程為例,運用有限差分軟件flac3d建立三維數值模型。分析巖體在開挖過程中無支護條件下圍巖的自穩(wěn)能力,著重分析洞室周邊各關鍵點在開挖過程中的位移和應力的變化規(guī)律,為其他相類似的工程提供有益的理論依據。

通過曼歇2號隧道中導洞開挖中的地質素描和資料收集,依據掌子面和兩壁出露的地質體的巖性、節(jié)理、巖體結構類型、地質構造特征等綜合特征,沿其走向、傾向和傾角的延伸推斷工作面短距離前方的地質情況,應用赤平投影分析法對正洞的圍巖穩(wěn)定性和邊坡的變形破壞做出定性和定量分析,從而預測兩側正洞的地質情況,對連拱隧道上、下行線正洞的施工予以指導和控制,進而達到短期預報的目的。

隧道是修建在底層中的工程結構,在挖開地層并把隧道襯砌修建在地層內的過程中和以后,地層始終對隧道襯砌結構產生作用,本文在提出圍巖穩(wěn)定性基本判據的基礎上,著重對公路隧道圍巖穩(wěn)定性進行了分析。

結合熊渡隧道的工程實踐,通過拱頂沉降、錨桿應力的現場監(jiān)控量測和數值計算工作,研究了復雜地質條件下巖溶隧道全斷面爆破開挖時圍巖的穩(wěn)定性,研究結果表明,熊渡隧道ⅴ級圍巖段的破碎帶采用現有的施工工藝和支護參數是可行的,圍巖變形可控,支護結構的支護效果顯著,圍巖基本穩(wěn)定。

在地下工程的施工過程中,圍巖的穩(wěn)定性對于工程整體的施工質量以及安全性都有著十分重大的影響,直接關系到地下工程的施工效果.本文針對地下工程引水隧洞施工過程中具體發(fā)生的一些狀況,結合隧道圍巖的穩(wěn)定性進行分析,旨在使地下工程引水隧洞的建設更加具有安全性.

為保證雪山梁隧道隧道開挖過程中的施工安全,文中詳細介紹了圍巖變形監(jiān)測方案與斷面布設方法,并借助bp神經網絡的超強非線性擬合能力,對斷面k11+603的拱頂沉降位移和周邊收斂位移實測值進行了回歸分析。分析結果表明:bp神經網絡預測模型能較好的擬合拱頂沉降位移和周邊收斂位移實測值,可以作為圍巖穩(wěn)定性判定的依據。

基于渝湘某高速公路在建隧道工程,結合其洞口段的地形地質、監(jiān)控量測資料,以dp彈塑性本構模型為基礎,建立了有限元數值仿真程序;分析了隧道圍巖及支護結構的力學狀態(tài)和穩(wěn)定性,為隧道設計和施工提供了指導依據.并簡要地提出其防治措施為:偏壓淺埋隧道洞口段土體較為松散破碎,施工中應注意擾動及地下水的影響,并適時地對土體進行加固.圖7,表1,參6.

通過建立有限元、離散元兩種數值力學模型,開展開挖跨度對隧道圍巖穩(wěn)定性的影響規(guī)律研究。結果表明:在不考慮洞室形狀影響的前提下,當圍巖按連續(xù)介質假設,且開挖后仍處于彈性應力狀態(tài)時,單純增加隧道開挖跨度對圍巖應力狀態(tài)影響不大;但若開挖后進入彈塑性應力狀態(tài),則單純加大開挖跨度會導致塑性區(qū)半徑大幅度增加,影響圍巖穩(wěn)定。當圍巖按非連續(xù)介質假定時,巖體失穩(wěn)主要呈現節(jié)理面間剪切滑移。開挖跨度增大相當于隧道跨度與巖塊的相對尺度增大,隧道關鍵塊體失穩(wěn)概率加大,對于相同產狀節(jié)理巖體,關鍵塊體出現部位相同;另一方面,跨度增大引起在隧道開挖的應力擾動區(qū)內遭遇節(jié)理的組數增加,組數越多,巖體越破碎,失穩(wěn)概率越大,且失穩(wěn)模式各有不同,增加了支護難度。

盾構隧道穿越溶洞密布的復雜環(huán)境時,不可避免的引起巖溶開挖區(qū)應力場突變,嚴重時造成溶洞坍塌、隧道突水突泥等工程災害.采用有限元模擬方法,基于巖層破壞機理,分別針對溶洞數量不同及排列方式不同這兩種重要因素,從隧道開挖引起的位移場、應力場和塑性區(qū)域三個方面分析巖溶隧道開挖所引起的圍巖變化規(guī)律.結果表明:溶洞的存在使得隧道圍巖最大主應力顯著提高,圍巖豎向位移隨溶洞個數增加而增大,圍巖周圍土體的應力場、位移場、塑性區(qū)域均隨著洞-隧之間不同的排列方式而呈現不同的變化規(guī)律.分析結果可為巖溶地區(qū)盾構隧道設計、施工以及運營提供理論及工程指導.