富水泥質(zhì)板巖隧道圍巖蠕變力學(xué)特性

隨著科技的進(jìn)步和施工技術(shù)的不斷革新,使得在復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行隧道工程建設(shè)成為可能,姜路嶺隧道位于國(guó)道g214線共和至玉樹(shù)(結(jié)古)段上,為高海拔地區(qū)炭質(zhì)頁(yè)巖隧道.隧道全線巖性主要為青灰色、灰黑色泥粉質(zhì)炭質(zhì)頁(yè)巖與板巖互層,節(jié)理裂隙很發(fā)育,巖體極破碎,呈碎片狀及板片狀,取原狀巖樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)極其困難,圍巖力學(xué)參數(shù)難以獲取,使得隧道圍巖穩(wěn)定性分析和支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料匱乏.本文將根據(jù)巖體天然密度和含水率將巖樣進(jìn)行室內(nèi)重塑,通過(guò)室內(nèi)直剪壓縮試驗(yàn)的方法獲得巖體力學(xué)參數(shù),經(jīng)壓縮模量換算可獲取彈性模量取值范圍,借助數(shù)值反分析的手段獲得彈性模量的準(zhǔn)確取值,為類似工程設(shè)計(jì)提供必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù).

文章通過(guò)對(duì)西北某公路黃土隧道圍巖不同時(shí)期的黃土進(jìn)行取樣物理力學(xué)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)承載力和彈性抗力系數(shù)的載荷試驗(yàn),對(duì)測(cè)試試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)科學(xué)分析,以掌握隴東黃土塬區(qū)不同時(shí)期黃土的物理力學(xué)特性,并為黃土隧道圍巖設(shè)計(jì)提供可靠的參數(shù)。

以大連地鐵一號(hào)線學(xué)苑廣場(chǎng)—海事大學(xué)區(qū)間過(guò)河段隧道工程為背景,基于一種新型優(yōu)化算法——差異進(jìn)化算法進(jìn)行隧道圍巖力學(xué)參數(shù)反分析,提出以位移值為指標(biāo)的差異進(jìn)化位移反分析方法及實(shí)現(xiàn)過(guò)程,并將反演得到的圍巖力學(xué)參數(shù)應(yīng)用到過(guò)河段隧道工程開(kāi)挖方案比較及穩(wěn)定性分析,驗(yàn)證了復(fù)雜地質(zhì)條件下該方法的可行性和有效性.結(jié)果表明,該方法在復(fù)雜地質(zhì)條件下具有較好的可行性,且對(duì)選取隧道施工方案、保證隧道安全具有一定的指導(dǎo)意義.同時(shí),所得圍巖力學(xué)參數(shù)也可進(jìn)一步應(yīng)用于其他類似工程的相關(guān)研究.

淺埋偏壓隧道開(kāi)挖后的受力和變形都是不對(duì)稱的,而且在開(kāi)挖時(shí)易出現(xiàn)塌方,對(duì)設(shè)計(jì)和施工帶來(lái)許多麻煩.結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)和flac3d有限元軟件,從實(shí)際數(shù)據(jù)著手分析,結(jié)合有限元軟件模擬和分析隧道圍巖應(yīng)力和位移變化特征,為設(shè)計(jì)和施工提供參考.

為深入探究木寨嶺隧道工程中炭質(zhì)板巖的流變力學(xué)特性,在不同條件下,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)取得的巖樣進(jìn)行單軸和三軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn),并對(duì)炭質(zhì)板巖的蠕變特性進(jìn)行分析,描述了炭質(zhì)板巖的流變特性,得出了瞬時(shí)應(yīng)變占總應(yīng)變的比例為80%～90%,以及高圍壓下的流變多為等速流變等結(jié)論;采用burgers流變本構(gòu)模型,對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)擬合分析,得出了3組不同圍壓下炭質(zhì)板巖流變本構(gòu)方程的彈性模量、黏性模量、黏滯系數(shù)等主要參數(shù)。

為研究巖溶隧道富裂隙圍巖爆炸過(guò)程中應(yīng)力波的傳播與衰減規(guī)律,運(yùn)用ansys/ls-dyna軟件對(duì)隧道巖體中含不同充填介質(zhì)、不同寬度和不同爆源距離的巖溶裂隙進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明:爆炸應(yīng)力波在巖溶裂隙處的傳播主要受裂隙內(nèi)充填介質(zhì)的物理力學(xué)性質(zhì)的影響,其次受到裂隙寬度、爆源與裂隙距離和爆源強(qiáng)度等因素的影響。充填介質(zhì)的強(qiáng)度越小,波阻抗也越小,對(duì)介質(zhì)中應(yīng)力波的阻隔作用則越大。裂隙與爆源的距離越遠(yuǎn),爆源強(qiáng)度越小,有效應(yīng)力峰值也越小。裂隙越寬,對(duì)應(yīng)力波的削弱越大。結(jié)合該結(jié)論對(duì)巖溶隧道裂隙圍巖在爆破過(guò)程中出現(xiàn)的實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行分析,找出了影響爆破效果的關(guān)鍵因素,通過(guò)調(diào)整爆破設(shè)計(jì)參數(shù),得到了不同裂隙圍巖條件下爆破參數(shù)參考值,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試取得了較好的爆破效果,研究結(jié)果可為類似條件下的隧道爆破參數(shù)的優(yōu)化提供理論依據(jù)和參考。

隨著時(shí)代的發(fā)展,隧道施工技術(shù)的進(jìn)步,我國(guó)已經(jīng)逐步建成了覆蓋全國(guó)的鐵路主干線網(wǎng)絡(luò),隧道工程作為鐵路建設(shè)中的不確定性問(wèn)題,如何更好的完善相關(guān)施工技術(shù)一直困擾著我們建設(shè)者。中國(guó)地廣物博,地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變,這就加大了隧道建設(shè)的難度,加大對(duì)炭質(zhì)板巖大斷面隧道圍巖穩(wěn)定性的分析,引進(jìn)先進(jìn)施工工藝和科技設(shè)備,結(jié)合當(dāng)前施工中出現(xiàn)的各種問(wèn)題,完善施工技術(shù)工藝,改善施工條件,消除安全隱患,確保隧道工程在工期要求節(jié)點(diǎn)內(nèi)保質(zhì)保量完成,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的最大化,推動(dòng)隧道施工持續(xù)健康發(fā)展,以便更好地為人們提供出行服務(wù),推動(dòng)社會(huì)良性運(yùn)轉(zhuǎn)。

針對(duì)雁門(mén)關(guān)隧道特長(zhǎng)、富水軟弱圍巖等復(fù)雜地質(zhì)條件以及工期要求緊的實(shí)際情況,采用地層—結(jié)構(gòu)模式,對(duì)地層比較差的ⅵ級(jí)圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行了模擬分析,建立了隧道圍巖理論模型,并對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬,驗(yàn)證了雁門(mén)關(guān)隧道快速施工的可行性,為后續(xù)工程提供一定的參考。

結(jié)合具體工程實(shí)際,研究了復(fù)雜地質(zhì)背景下圍巖變形與初期支護(hù)受力特征,并基于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),從隧道水平收斂監(jiān)測(cè)、拱頂沉降監(jiān)測(cè)兩個(gè)角度,分析了施工期隧道圍巖的受力狀態(tài)及圍巖與支護(hù)的力學(xué)響應(yīng)規(guī)律。結(jié)果表明,隧道圍巖位移-時(shí)間曲線圖呈\"臺(tái)階型\

本文結(jié)合有限元數(shù)值模擬探討偏壓隧道的圍巖壓力形成原因及分布規(guī)律。根據(jù)圍巖的破壞模式,采用不同計(jì)算方法對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)的安全度進(jìn)行計(jì)算,并提出邊坡穩(wěn)定性的影響因素及治理措施。分析結(jié)果表明,襯砌的受力主要由上覆土柱壓力以及圍巖沿著破碎帶處滑移產(chǎn)生剪切變形形成,破碎帶對(duì)邊坡穩(wěn)定性起到主要控制作用。由于斷層破碎帶的存在,襯砌與破碎帶相交處受力明顯不利,形成突變。針對(duì)斷層破碎帶力學(xué)性能差以及偏壓隧道受力不均勻現(xiàn)象,提出了抗滑樁與鋼花管注漿共同作用等地基加固治理方案以及施作擋土墻以平衡隧道兩側(cè)土壓力等措施來(lái)提高穩(wěn)定性,擋土墻的高度及位置因?yàn)榕c偏壓角度以及斷層走向有關(guān),宜通過(guò)具體計(jì)算確定。

本文結(jié)合有限元數(shù)值模擬探討偏壓隧道的圍巖壓力形成原因及分布規(guī)律。根據(jù)圍巖的破壞模式,采用不同計(jì)算方法對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)的安全度進(jìn)行計(jì)算,并提出邊坡穩(wěn)定性的影響因素及治理措施。分析結(jié)果表明,襯砌的受力主要由上覆土柱壓力以及圍巖沿著破碎帶處滑移產(chǎn)生剪切變形形成,破碎帶對(duì)邊坡穩(wěn)定性起到主要控制作用。由于斷層破碎帶的存在,襯砌與破碎帶相交處受力明顯不利,形成突變。針對(duì)斷層破碎帶力學(xué)性能差以及偏壓隧道受力不均勻現(xiàn)象,提出了抗滑樁與鋼花管注漿共同作用等地基加固治理方案以及施作擋土墻以平衡隧道兩側(cè)土壓力等措施來(lái)提高穩(wěn)定性,擋土墻的高度及位置因?yàn)榕c偏壓角度以及斷層走向有關(guān),宜通過(guò)具體計(jì)算確定。

建立智能位移反分析系統(tǒng),用其確定隧道圍巖的力學(xué)參數(shù).針對(duì)bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)易陷入局部極小值和訓(xùn)練時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等缺點(diǎn),利用遺傳算法全局尋優(yōu)能力優(yōu)化bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閾值.結(jié)合均勻設(shè)計(jì)法在圍巖力學(xué)參數(shù)初始域范圍內(nèi)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,這樣不僅減少了迭代時(shí)間和次數(shù),還提高了預(yù)測(cè)精度.通過(guò)對(duì)綠春壩隧道圍巖力學(xué)參數(shù)的反演,驗(yàn)證了該方法的可靠性及適用性.將反演得出的圍巖力學(xué)參數(shù)代入到數(shù)值模型中進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果表明,數(shù)值計(jì)算值與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際監(jiān)測(cè)值的誤差分別為-8.9%和4.5%.

國(guó)標(biāo)《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》(gb50218—94)在隧道設(shè)計(jì)階段應(yīng)用廣泛,但是由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性及巖體各向異性的影響,不能精準(zhǔn)預(yù)測(cè)施工階段隧道圍巖等級(jí)。本文基于統(tǒng)計(jì)巖體力學(xué)提出了針對(duì)隧道施工階段的圍巖分級(jí)方法,即通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)巖體結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)和巖石力學(xué)試驗(yàn),獲取結(jié)構(gòu)面參數(shù)和巖石力學(xué)參數(shù),應(yīng)用統(tǒng)計(jì)巖體力學(xué)強(qiáng)度理論及本構(gòu)理論,獲得具有各向異性特征的巖體彈性模量參數(shù)e_m,進(jìn)而應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)公式換算得到bq值,從而確定隧道圍巖基本分級(jí)。在實(shí)例中,小盤(pán)嶺2號(hào)隧道gdk347+360里程處圍巖設(shè)計(jì)分級(jí)為ⅲ級(jí);應(yīng)用此方法重新分級(jí)的結(jié)果為ⅳ級(jí),低于設(shè)計(jì)分級(jí),這與現(xiàn)場(chǎng)觀察和監(jiān)測(cè)的圍巖性狀吻合,說(shuō)明本方法在隧道施工階段能較為客觀地反映圍巖性質(zhì)。以上研究結(jié)果表明,在含碳泥質(zhì)板巖隧道圍巖施工階段巖體分級(jí)過(guò)程中,本方法具有良好地適用性。

隧道圍巖巖體變形破壞數(shù)值力學(xué)試驗(yàn)——該文通過(guò)對(duì)圍巖巖體開(kāi)展數(shù)值力學(xué)試驗(yàn)，在確定連續(xù)微元尺寸8c，并獲取該圍巖巖體各項(xiàng)基本力學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了該圍巖巖體的破裂過(guò)程，重點(diǎn)討論了該圍巖含單條橫向節(jié)理和單條豎向節(jié)理巖體的變形破壞特征。

公路隧道圍巖巖體力學(xué)本構(gòu)特征數(shù)值分析——文章對(duì)諸永高速公路某隧道圍巖巖體，開(kāi)展了數(shù)值力學(xué)試驗(yàn)，在確定連續(xù)微元尺寸8，并獲取該圍巖巖體的各項(xiàng)基本力學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步描述了該圍巖巖體的力學(xué)本構(gòu)特征。試驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)84．6m時(shí)，則應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線...

結(jié)合具體工程實(shí)際，研究了復(fù)雜地質(zhì)背景下圍巖變形與初期支護(hù)受力特征，并基于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，從隧道水平收斂監(jiān)測(cè)、拱頂沉降監(jiān)測(cè)兩個(gè)角度，分析了施工期隧道圍巖的受力狀態(tài)及圍巖與支護(hù)的力學(xué)響應(yīng)規(guī)律。結(jié)果表明，隧道圍巖位移一時(shí)間曲線圖呈“臺(tái)階型”，曲線類型可分為三個(gè)階段：增長(zhǎng)和急速增長(zhǎng)階段，該階段一般出現(xiàn)在開(kāi)挖的1～10d左右；緩慢增長(zhǎng)階段，該階段一般出現(xiàn)在開(kāi)挖的11—30d左右；趨于穩(wěn)定階段，該階段一般出現(xiàn)在開(kāi)挖的31—42d左右?！芭_(tái)階型”曲線與實(shí)際相符，當(dāng)開(kāi)始開(kāi)挖隧道時(shí)圍巖變形速率急速增大，隨著圍巖變形速率逐漸減慢，然后受下一步開(kāi)挖的影響，圍巖變形仍然處于緩慢增長(zhǎng)，最后隨著開(kāi)挖步驟的減少，圍巖變形逐漸趨于穩(wěn)定。

國(guó)標(biāo)《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》（gb50218—94）在隧道設(shè)計(jì)階段應(yīng)用廣泛,但是由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性及巖體各向異性的影響,不能精準(zhǔn)預(yù)測(cè)施工階段隧道圍巖等級(jí)。本文基于統(tǒng)計(jì)巖體力學(xué)提出了針對(duì)隧道施工階段的圍巖分級(jí)方法,即通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)巖體結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)和巖石力學(xué)試驗(yàn),獲取結(jié)構(gòu)面參數(shù)和巖石力學(xué)參數(shù),應(yīng)用統(tǒng)計(jì)巖體力學(xué)強(qiáng)度理論及本構(gòu)理論,獲得具有各向異性特征的巖體彈性模量參數(shù)e_m,進(jìn)而應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)公式換算得到bq值,從而確定隧道圍巖基本分級(jí)。在實(shí)例中,小盤(pán)嶺2號(hào)隧道gdk347＋360里程處圍巖設(shè)計(jì)分級(jí)為ⅲ級(jí);應(yīng)用此方法重新分級(jí)的結(jié)果為ⅳ級(jí),低于設(shè)計(jì)分級(jí),這與現(xiàn)場(chǎng)觀察和監(jiān)測(cè)的圍巖性狀吻合,說(shuō)明本方法在隧道施工階段能較為客觀地反映圍巖性質(zhì)。以上研究結(jié)果表明,在含碳泥質(zhì)板巖隧道圍巖施工階段巖體分級(jí)過(guò)程中,本方法具有良好地適用性。

以蘭渝鐵路胡家灣隧道進(jìn)口段施工為例,介紹泥巖地層修建大斷面隧道變形控制的方法。施工中通過(guò)圍巖量測(cè)掌握圍巖變形動(dòng)態(tài),采取分部開(kāi)挖臨時(shí)仰拱封閉成環(huán)及上半斷面扇形支撐的技術(shù)措施,控制圍巖的變形。實(shí)踐證明:效果較好,對(duì)目前的客專大斷面隧道控制大變形施工有一定的幫助。

泥巖地層大斷面隧道圍巖變形控制——以蘭渝鐵路胡家灣隧道進(jìn)口段施工為例，介紹泥巖地層修建大斷面隧道變形控制的方法。施工中通過(guò)圍巖量測(cè)掌握圍巖變形動(dòng)態(tài)，采取分部開(kāi)挖臨時(shí)仰拱封閉成環(huán)及上半斷面扇形支撐的技術(shù)措施，控制圍巖的變形。實(shí)踐證明：效果較好，...

以廣甘公路茂縣段碳質(zhì)板巖為研究對(duì)象,通過(guò)單軸實(shí)驗(yàn)和三軸實(shí)驗(yàn),在不同圍壓和不同狀態(tài)條件下,結(jié)合巖石本構(gòu)關(guān)系和破壞特點(diǎn),研究碳質(zhì)板巖的力學(xué)性質(zhì),測(cè)量碳質(zhì)板巖的強(qiáng)度參數(shù),為工程實(shí)踐提供參考。

盾構(gòu)法施工隧道圍巖擾動(dòng)特性一直是工程界重要課題之一。基于此,依托某市地鐵2號(hào)線某區(qū)間盾構(gòu)法施工隧道工程為背景,然后建立每個(gè)分析步下的各向同性均值數(shù)值模型。模型結(jié)合＂等代層＂模型來(lái)反映隧道開(kāi)挖質(zhì)量,采用＂生死單元＂法來(lái)模擬隧道開(kāi)挖過(guò)程。結(jié)合圍巖變形規(guī)律、應(yīng)力變化特征、塑性區(qū)發(fā)展趨勢(shì)及孔隙水壓力變化等計(jì)算結(jié)果,分析盾構(gòu)法施工隧道圍巖擾動(dòng)特性。同時(shí),借助現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了數(shù)值模型的合理性。

通過(guò)對(duì)軟巖巷道圍巖變形力學(xué)響應(yīng)特性分析確定了彈塑性區(qū)應(yīng)力、彈塑性位移、破碎區(qū)應(yīng)力與破碎區(qū)半徑的影響因素,并確定了與各因素之間的函數(shù)關(guān)系,為巷道支護(hù)提供了依據(jù)。結(jié)果表明,巷道圍巖所受應(yīng)力隨著埋深的增大而增加,并且圍巖產(chǎn)生的塑性范圍和破碎區(qū)也相應(yīng)增大。在巷道形成初期,需要立馬對(duì)其進(jìn)行支護(hù)處理,同時(shí)對(duì)圍巖進(jìn)行封閉。支護(hù)能夠減小圍巖所受應(yīng)力,減小其圍巖塑性范圍和破碎范圍的增加。在巷道圍巖受力增加的起始時(shí)期,其塑性范圍和和破碎范圍增長(zhǎng)速度相對(duì)平衡,當(dāng)圍巖受力達(dá)到一定程度時(shí),圍巖發(fā)生變形,塑性范圍增長(zhǎng)速度開(kāi)始減緩,破碎范圍擴(kuò)大速度則相對(duì)增加。