富水黃土圍巖含水量變化隧道穩(wěn)定性影響的數(shù)值模擬分析

結(jié)合唐山鐵礦的施工過程,利用ansys有限元分析軟件及有限差分軟件flac3d對鐵礦圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行數(shù)值模擬研究,分析了鐵礦圍巖的應(yīng)力、沉降及塑性區(qū)狀況,評價(jià)了圍巖破壞機(jī)理及穩(wěn)定性。結(jié)果表明:隧道開挖后圍巖產(chǎn)生了一定的塑性區(qū)破壞,且地表產(chǎn)生了一定的沉降。由于對該礦山進(jìn)行了流固耦合數(shù)值模擬研究,從研究成果看隔水層有效的阻止了滲流,但開挖擾動(dòng)引起的裂隙使部分孔隙水從頂板中滲流到采場中,容易導(dǎo)致涌水事故。

為探明地下水對巷道圍巖穩(wěn)定性的影響,結(jié)合工程實(shí)際情況分析地下水對巷道圍巖的弱化作用;建立圍巖強(qiáng)度與飽和率之間的關(guān)系,用fish語言將該關(guān)系嵌入到flac流固耦合模塊中,從而建立具有遇水弱化效應(yīng)的巷道圍巖穩(wěn)定性數(shù)值計(jì)算模型.研究結(jié)果表明:在錨桿支護(hù)條件下,有水作用時(shí)巷道圍巖變形明顯增大,與實(shí)際淋水條件下巷道圍巖變形破壞情況是一致的;在錨桿支護(hù)基礎(chǔ)上進(jìn)行全斷面錨注支護(hù)可有效控制地下水影響下巷道圍巖的變形.工程實(shí)踐驗(yàn)證了數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性與錨注支護(hù)對于有地下水影響的巷道支護(hù)的適用性.

為判定礦山地下采礦巷道圍巖穩(wěn)定性,得出較為可靠的結(jié)果,文中運(yùn)用flac3d有限差分軟件對采礦巷道進(jìn)行模擬計(jì)算,得出在有支護(hù)和無支護(hù)條件下的變形值;根據(jù)《采礦設(shè)計(jì)手冊》中的變形量的上限值,判定采礦巷道圍巖在沒有支護(hù)的條件下是穩(wěn)定的,不需要進(jìn)行支護(hù)。

通過rfpa方法考慮巖石材料的細(xì)觀非均勻特性,對深埋硬巖隧洞全斷面一次開挖和分?jǐn)嗝娑啻伍_挖進(jìn)行數(shù)值模擬分析,直觀呈現(xiàn)隧道圍巖破裂面位置與形態(tài)漸進(jìn)破壞誘致失穩(wěn)的演化全過程,并與現(xiàn)場破壞情況對比研究,旨在揭示兩種不同施工過程中應(yīng)力演化、位移擴(kuò)展、能量釋放多個(gè)特征方面對圍巖穩(wěn)定性的影響及其破壞機(jī)制。數(shù)值模擬結(jié)果表明,隧洞圍巖穩(wěn)定性采用分?jǐn)嗝娑啻伍_挖優(yōu)于全斷面一次開挖方式,為應(yīng)對1#引水隧洞tbm掘進(jìn)到錦屏山核部強(qiáng)巖爆風(fēng)險(xiǎn),排引2#橫通道往西洞段采用鉆爆法超前實(shí)施導(dǎo)洞方案為最佳。雖然分?jǐn)嗝骈_挖可以顯著地降低圍巖破壞風(fēng)險(xiǎn),但不能徹底排除多次擴(kuò)挖過程中圍巖大塌方的情況,則建議這些洞段直接鉆爆擴(kuò)挖到位,讓tbm步進(jìn)安全通過為宜。同時(shí)深埋硬巖\"城門型\"隧道的破壞機(jī)制是來自側(cè)壁破壞為主而拱形部位不存在壓力拱破壞,與淺埋隧道的破壞在拱頂?shù)钠茐臋C(jī)制有明顯區(qū)別,對認(rèn)識(shí)隧道破壞機(jī)制有重要意義。

深部巷道圍巖穩(wěn)定性數(shù)值模擬研究——以某煤礦-648m南翼回風(fēng)大巷400m的試驗(yàn)段為研究背景，以數(shù)值分析為手段，分析了巷道支護(hù)前后應(yīng)力場、位移場、塑性區(qū)的分布情況，對巷道的穩(wěn)定性和支護(hù)參數(shù)的合理性做出了評價(jià)，并將數(shù)值分析結(jié)果與現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，驗(yàn)證...

為了了解黃土圍巖在浸水后對隧道周圍土體和襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響,選擇西安地鐵二號(hào)線南康村—方新村區(qū)間隧道工程,借助有限元分析軟件對計(jì)算模型采用施工和浸水兩種工況進(jìn)行模擬對比,同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù),對黃土地鐵隧道周圍土體和襯砌結(jié)構(gòu)受力及變形特性進(jìn)行分析研究。分析結(jié)果表明:浸水后襯砌整體下沉3mm,地表沉降8.48mm,滿足城市地鐵對沉降的要求;浸水范圍內(nèi),浸水后的圍巖最大主應(yīng)力小于浸水前,浸水范圍以外,前者比后者略大;浸水后圍巖塑性區(qū)面積較浸水前有所增大;浸水后襯砌最大彎矩和最大軸力較浸水前分別增大7%和15%,錨桿全部受壓,基本失去支護(hù)效果。短期大量的雨水入侵黃土圍巖,圍巖變形和結(jié)構(gòu)受力都在安全范圍以內(nèi),對地鐵隧道的穩(wěn)定性不存在威脅。

文章結(jié)合始祖山公路隧道工程,采用數(shù)值模擬方法對該隧道施工全過程進(jìn)行分析,并結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)對模擬結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果表明:數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)相近,具有較高的可靠性,通過數(shù)值模擬可以有效的反映隧道開挖施工過程中圍巖的變形情況以及可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)情況,對隧道的施工有一定的指導(dǎo)意義。

以彈塑性理論為基礎(chǔ),利用通用有限元分析軟件ansys,通過數(shù)值模擬方式,分析巖溶隧道圍巖及支護(hù)穩(wěn)定性.重點(diǎn)從圍巖應(yīng)力、位移、塑性區(qū)角度探究既有隱伏溶洞對隧道圍巖及支護(hù)穩(wěn)定性影響.研究成果為隧道工程開挖及支護(hù)施工提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持.

針對2種不同施工順序?qū)Φ叵露词覈鷰r穩(wěn)定性的影響,其一是先開挖地下隧道,后修建地面建筑,分析了隧道洞頂?shù)某两滴灰啤⒍词覈鷰r的變形、塑性區(qū)、拉壓破壞區(qū)等;其二是先修建地面建筑地面建筑先完成,后開挖地下隧道,分析了地下隧道的受力、變形、破壞區(qū)以塑性區(qū)等。通過分析得出了前一種施工順序更為有利的結(jié)論。

分岔隧道的施工涉及大跨段—連拱段—小凈距段三種結(jié)構(gòu)型式,工序轉(zhuǎn)換和結(jié)構(gòu)受力十分復(fù)雜。以西北某鐵路分岔隧道為依托工程,采用數(shù)值分析的方法,分析得到了隧道圍巖變形、應(yīng)力狀態(tài)、塑性區(qū)分布規(guī)律以及圍巖可能出現(xiàn)的破壞模式,揭示了受力薄弱和關(guān)鍵部位,為分岔隧道順利開挖提供技術(shù)支撐,可為類似工程提供參考。

以納溪高速公路敘嶺關(guān)隧道為背景,以方形溶洞為例,運(yùn)用三維有限元方法分析隧道側(cè)部溶洞對隧道圍巖穩(wěn)定性的影響。研究結(jié)果表明:隨著隧道的不斷推進(jìn),右拱腳附近豎向位移和最大主應(yīng)力有較明顯的增加;拱頂、拱底圍巖變形有朝溶洞方向位移的趨勢;側(cè)部溶洞對圍巖的影響范圍大約是2倍隧道洞徑,對1倍隧道洞徑內(nèi)的圍巖及側(cè)部溶洞應(yīng)及時(shí)處理。隧道圍巖位移、應(yīng)力的變化規(guī)律可為巖溶處理、支護(hù)時(shí)機(jī)提供依據(jù)。

公路隧道施工中控制隧道圍巖在開挖后的變形,避免發(fā)生過大變形與破壞,為隧道二次襯砌爭取時(shí)間是隧道施工中的關(guān)鍵問題。本文采用有限元數(shù)值模擬方法,模擬分析某一公路隧道的施工開挖過程,研究在不同的工況條件下,隧道圍巖的穩(wěn)定性,根據(jù)分析結(jié)果為隧道施工選擇了合理的開挖施工方法,隧道典型斷面的監(jiān)測結(jié)果表明采用的施工方法能夠滿足開挖施工的安全及進(jìn)度要求。

針對tsp超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)的不足,通過對反射波信息的精細(xì)分析,結(jié)合地質(zhì)勘查資料及現(xiàn)場施工情況,并通過tsp反射信息獲取前方巖體部分力學(xué)參數(shù),對隧道圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行靶向超前數(shù)值模擬計(jì)算,對比分析不同施工工法下的圍巖位移變化特征、塑性區(qū)及孔隙水壓分布情況。結(jié)果表明,相較于二臺(tái)階法,三臺(tái)階法施工的圍巖拱頂下沉、凈空收斂及塑性區(qū)分布等均較小,二臺(tái)階法施工的圍巖變化位移亦在規(guī)范允許范圍之內(nèi),圍巖狀況穩(wěn)定,對隧道高風(fēng)險(xiǎn)段施工工法轉(zhuǎn)換及圍巖穩(wěn)定性的超前分析有一定的參考價(jià)值。

本文采用底摩擦試驗(yàn)方法,再現(xiàn)了不同條件下水平巖層隧道圍巖變形破壞的發(fā)展演變過程,對層厚與水平巖層隧道圍巖變形破壞的關(guān)系進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明:水平巖層隧道圍巖變形破壞模式是拱頂和拱肩在重力作用下的離層變形破壞,隧道圍巖的整體破壞不是瞬時(shí)發(fā)生的,層厚對于水平巖層隧道圍巖的穩(wěn)定性有很大影響,巖層越厚,圍巖越穩(wěn)定,巖層越薄,越容易變形、破壞,根據(jù)研究成果提出了水平層狀隧道圍巖的加固措施建議,可為相似工程的設(shè)計(jì)與施工提供參考。

在尚家灣隧道施工期間,曾預(yù)報(bào)并揭露大型溶洞,溶洞的存在給隧道施工帶來極大的安全隱患。以尚家灣隧道為背景,開展數(shù)值試驗(yàn)。通過對比隧道前方有、無溶洞條件下開挖工況,從位移、應(yīng)力、塑性區(qū)3個(gè)方面分析了隧道前方大型溶洞對隧道圍巖穩(wěn)定性的影響。研究表明:對于本工程而言,溶洞對隧道底部和左側(cè)拱腰的影響要大于對隧道頂部及右側(cè)拱腰的影響;隧道前方存在大型溶洞條件下塑性區(qū)體積隨開挖位置呈指數(shù)增長。隧道前方無溶洞條件下,塑性區(qū)體積隨開挖位置呈線性增長,即溶洞的存在大大加速了隧道開挖塑性破壞區(qū)的增長。該研究對巖溶地區(qū)隧道安全施工具有一定的指導(dǎo)意義。

本研究以北洺河鐵礦為工程背景,針對采準(zhǔn)切割工作中出現(xiàn)的軟巖交叉巷道,運(yùn)用flac3d對聯(lián)巷交叉口進(jìn)行三維數(shù)值模擬分析,研究交叉口圍巖的力學(xué)、位移和變形破壞演化規(guī)律,并將控制點(diǎn)的位移監(jiān)測值與計(jì)算值進(jìn)行對比分析。研究結(jié)果表明:數(shù)值模擬方法必須輔以現(xiàn)場監(jiān)控量測,才能客觀正確地反映出地下工程在施工過程中圍巖應(yīng)力、位移及塑性區(qū)分布等特征,并為施工設(shè)計(jì)提供有效的參考依據(jù)。

采用有限元數(shù)值模擬方法,研究露天轉(zhuǎn)地下開采中次生應(yīng)力對巷道圍巖穩(wěn)定性影響。分析結(jié)果表明,水平應(yīng)力對圍巖穩(wěn)定性有重要影響,側(cè)壓系數(shù)大于0.5,水平應(yīng)力對圍巖產(chǎn)生不利影響;側(cè)壓系數(shù)大于2.0,不利影響迅速擴(kuò)大。圍巖中存在鉸接拱結(jié)構(gòu),圍巖體通過這種結(jié)構(gòu)來承擔(dān)上部荷載。

結(jié)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(jìn)行數(shù)值模擬研究。結(jié)果表明:隧道開挖后,隧道圍巖分別向隧道內(nèi)和溶洞內(nèi)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(xiàn)明顯的變化;隧道底部圍巖由于拉應(yīng)力的出現(xiàn)可能使圍巖產(chǎn)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(jié)論可為同類隧道的設(shè)計(jì)、施工和研究提供有益的借鑒和參考。

隧道圍巖穩(wěn)定性分析是該工程領(lǐng)域亟需解決的問題。本文主要針對圓形斷面隧道圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行分析,建立了合適的地質(zhì)模型,分析了隧道開挖過程中,隧道圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用力的變化規(guī)律,為今后的相關(guān)研究提供了一個(gè)思路。

通過建立有限元、離散元兩種數(shù)值力學(xué)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(jié)果表明:在不考慮洞室形狀影響的前提下,當(dāng)圍巖按連續(xù)介質(zhì)假設(shè),且開挖后仍處于彈性應(yīng)力狀態(tài)時(shí),單純增加隧道開挖跨度對圍巖應(yīng)力狀態(tài)影響不大;但若開挖后進(jìn)入彈塑性應(yīng)力狀態(tài),則單純加大開挖跨度會(huì)導(dǎo)致塑性區(qū)半徑大幅度增加,影響圍巖穩(wěn)定。當(dāng)圍巖按非連續(xù)介質(zhì)假定時(shí),巖體失穩(wěn)主要呈現(xiàn)節(jié)理面間剪切滑移。開挖跨度增大相當(dāng)于隧道跨度與巖塊的相對尺度增大,隧道關(guān)鍵塊體失穩(wěn)概率加大,對于相同產(chǎn)狀節(jié)理巖體,關(guān)鍵塊體出現(xiàn)部位相同;另一方面,跨度增大引起在隧道開挖的應(yīng)力擾動(dòng)區(qū)內(nèi)遭遇節(jié)理的組數(shù)增加,組數(shù)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(hù)難度。

公路隧道圍巖穩(wěn)定性三維動(dòng)態(tài)模擬分析——利用顯式有限差分法，建立了三維有限差分的分析模型，對某公路隧道圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行計(jì)算分析，對可能發(fā)生圍巖大變形的部位進(jìn)行了預(yù)測，得到了與實(shí)際情況基本一致的結(jié)論。

通過曼歇2號(hào)隧道中導(dǎo)洞開挖中的地質(zhì)素描和資料收集,依據(jù)掌子面和兩壁出露的地質(zhì)體的巖性、節(jié)理、巖體結(jié)構(gòu)類型、地質(zhì)構(gòu)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(zhì)情況,應(yīng)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(yù)測兩側(cè)正洞的地質(zhì)情況,對連拱隧道上、下行線正洞的施工予以指導(dǎo)和控制,進(jìn)而達(dá)到短期預(yù)報(bào)的目的。