埋深與圍巖變形模量對(duì)隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)承載特性影響分析

研究深埋軟弱圍巖隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的可靠性。構(gòu)建了隧道結(jié)構(gòu)的可靠性評(píng)價(jià)體系,采用蒙特卡羅概率設(shè)計(jì)以及有限元分析方法對(duì)深埋軟弱圍巖隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的可靠性進(jìn)行了分析,并討論了可靠性分析結(jié)果表征,給其他深埋軟弱圍巖隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的可靠性評(píng)價(jià)提供參考。

試圖以渝湘高速公路某隧道施工過程的監(jiān)測(cè)資料,通過反演分析算出圍巖參數(shù)如彈性模量、泊松比等,并計(jì)算隧道襯砌內(nèi)力和變形,對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

石柱槽隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)分析——通過對(duì)滬蓉高速公路石柱槽隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)與分析，獲得了在復(fù)雜地質(zhì)條件下各施工階段隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形和受力的變化規(guī)律，參照相應(yīng)斷面的變形實(shí)測(cè)值，就能掌控隧道洞身的形變，判斷掌子是否安全穩(wěn)定，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況和后續(xù)...

以湖北某高速公路隧道為工程背景,針對(duì)iv級(jí)圍巖,利用有限元程序,通過數(shù)值模擬的方式,分析了采用臺(tái)階開挖和環(huán)形開挖時(shí)初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力特征,結(jié)果表明:采用環(huán)形法所產(chǎn)生的應(yīng)力和位移總體較臺(tái)階法小,從安全的角度考慮,環(huán)形開挖較好.此外,在初期支護(hù)后,應(yīng)該對(duì)隧道的局部位置進(jìn)行加強(qiáng)處理,以免出現(xiàn)初期支護(hù)的局部破損、降低其整體性.

為掌握地高地應(yīng)力破碎圍巖隧道支護(hù)形式與參數(shù)及施工方法,以天平鐵路關(guān)山隧道為工程實(shí)例,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力量測(cè),運(yùn)用flac3d有限差分軟件,對(duì)隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力、位移進(jìn)行數(shù)值模擬研究,跟蹤研究了支護(hù)結(jié)構(gòu)豎向應(yīng)力、水平應(yīng)力、豎向位移、錨桿軸力等隨著掌子面推進(jìn)的變化規(guī)律,并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的支護(hù)結(jié)構(gòu)隨時(shí)間變化規(guī)律進(jìn)行研究。結(jié)果表明:在掌子面距離監(jiān)測(cè)支護(hù)2b范圍以內(nèi)時(shí),支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力增長(zhǎng)較大,超過2b范圍后,應(yīng)力增長(zhǎng)較小,表明支護(hù)結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的;數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)規(guī)律基本一致,但其大小不盡相同,這是由于數(shù)值模擬忽略了節(jié)理、地下水等影響因素。

通過有限元模擬隧道臺(tái)階法施工,分析地表沉降、拱頂、拱底、橫向變形和圍巖最大、最小主應(yīng)力隨開挖步增長(zhǎng)的變化規(guī)律,研究圍巖變形特性和縱向影響范圍,基于突變理論對(duì)拱頂沉降進(jìn)行分析,研究圍巖突變時(shí)機(jī).結(jié)果表明:隧道開挖對(duì)掌子面的變形影響主要發(fā)生在拱頂、拱底及拱腰位置,地表沉降主要集中在隧道開挖中線附近,應(yīng)力集中則發(fā)生在拱腰及拱腳處；影響范圍主要集中在開挖面開挖方向前后1d(d為開挖洞徑)范圍內(nèi),其中開挖面前后0.5d范圍為強(qiáng)影響區(qū),0.5～1d范圍為弱影響區(qū).

結(jié)合西安-南京線桃花鋪1#隧道采用隧道掘進(jìn)機(jī)(tbm)施工實(shí)踐,運(yùn)用有限元法,針對(duì)tbm施工隧道中常見的軸線偏移問題,定量分析了tbm施工隧道超欠挖對(duì)隧道圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響,得出的結(jié)論可供同類工程參考。

為控制軟巖變形,確保施工安全,結(jié)合谷竹高速公路油坊坪隧道在施工過程中多次出現(xiàn)的大變形情況,提出\"弱化錨桿+增強(qiáng)初期支護(hù)的剛度與強(qiáng)度\"的支護(hù)方案,并與原方案及\"弱化錨桿\"的支護(hù)方案進(jìn)行對(duì)比研究。通過數(shù)值模擬對(duì)不同支護(hù)方案下位移變形量、錨桿受力情況、塑性區(qū)的發(fā)展情況、噴射混凝土的應(yīng)力以及二襯結(jié)構(gòu)的受力情況進(jìn)行分析;同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)選取3組試驗(yàn)段,對(duì)3種不同支護(hù)方案下的圍巖變形及圍巖壓力情況實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)。數(shù)值模擬結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明:弱化錨桿的措施對(duì)支護(hù)體系的整體支護(hù)效果影響不大,而且能節(jié)省工序和降低工程成本;增強(qiáng)初期支護(hù)的剛度與強(qiáng)度能有效地控制圍巖大變形。提出的\"弱化錨桿+增強(qiáng)初期支護(hù)的剛度與強(qiáng)度\"支護(hù)方案是可行的,可為沿線同類隧道支護(hù)優(yōu)化提供參考。

通過對(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)速度開始減緩,破碎范圍擴(kuò)大速度則相對(duì)增加。

為分析膨脹巖對(duì)隧道工程造成的影響程度,綜合分析膨脹巖的細(xì)觀膨脹機(jī)理和宏觀膨脹特性,確定膨脹發(fā)生的主客觀因素,通過對(duì)膨脹巖試驗(yàn)結(jié)果的歸納,提出一種膨脹巖綜合分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)膨脹巖的脹縮性質(zhì),推導(dǎo)濕度應(yīng)力場(chǎng)和溫度應(yīng)力場(chǎng)的理論關(guān)系,以玉蒙鐵路秀山隧道為工程背景,利用ansys軟件分析不同膨脹級(jí)別、膨脹范圍下膨脹力對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響程度。結(jié)果表明,在弱膨脹工況下最大注漿加固范圍為2m,中等膨脹工況下最大加固范圍為6m,強(qiáng)膨脹工況下原斷面不再適用。膨脹級(jí)別越高,支護(hù)結(jié)構(gòu)變形越大,隧道拱頂位移隨著膨脹力的釋放由下沉逐步變?yōu)樯仙?仰拱產(chǎn)生底鼓,邊墻收斂表現(xiàn)為在一定的加固范圍下隨膨脹系數(shù)增加而增加,在中、強(qiáng)膨脹級(jí)別下隨著加固范圍的增加表現(xiàn)為前期變形很快,而后期變小的現(xiàn)象,支護(hù)結(jié)構(gòu)有被壓扁的趨勢(shì)。

基于某城市地鐵2號(hào)線穿越工業(yè)廠房區(qū)引起地基變形的工程背景,簡(jiǎn)化為實(shí)體應(yīng)變模型,采用數(shù)值模擬的方法對(duì)開挖前后隧道圍巖變形進(jìn)行對(duì)比,目的是研究盾構(gòu)在開挖過程中對(duì)周圍巖體的變形影響情況。結(jié)果表明,盾構(gòu)開挖過程中隧道圍巖變形比較大,隧道中心處豎向變形情況遠(yuǎn)大于水平變形,盾構(gòu)與隧道的接觸面處的應(yīng)力高度集中且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于周圍巖體的平均應(yīng)力。

以云南省呈貢至澄江高速公路提古鋪隧道為例,采用大型二維有限元plaxis程序模擬隧道開挖施工,分析大斷面隧道開挖工程中雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的施工工況,以及在施工過程中分別引起的圍巖沉降及應(yīng)力,對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)及施工方法的合理性進(jìn)行了理論驗(yàn)算.

針對(duì)鐵路客運(yùn)專線對(duì)路基檢測(cè)技術(shù)的要求,介紹地基系數(shù)k30、變形模量ev2、動(dòng)態(tài)變形模量evd三種力學(xué)性能指標(biāo)的測(cè)試原理、測(cè)試方法;結(jié)合京滬高速鐵路實(shí)踐,對(duì)各指標(biāo)實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比、分析,指出evd檢測(cè)可以代替k30、ev2檢測(cè),evd指標(biāo)與物理檢測(cè)指標(biāo)共同使用,能夠全面反映路基壓實(shí)情況并保證工程質(zhì)量。

分析了不同地質(zhì)條件下的錨桿作用效應(yīng)、錨桿抗拔力及其主要影響因素,同時(shí)根據(jù)錨桿承載拱理論給出了計(jì)算系統(tǒng)錨桿承載能力的計(jì)算方法,應(yīng)用該方法分析了隧道在不同地質(zhì)條件下各類支護(hù)型式的承載能力及其費(fèi)效比,得到了系統(tǒng)錨桿在相對(duì)破碎的巖層中對(duì)洞室穩(wěn)定的作用較大,隨著地質(zhì)條件變差,系統(tǒng)錨桿的費(fèi)效比大幅度降低的認(rèn)識(shí)。結(jié)合大量工程設(shè)計(jì)與施工方面的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),經(jīng)過系統(tǒng)分析后得到如下結(jié)論:在軟弱圍巖條件下不宜大量使用密集布置的系統(tǒng)錨桿,此時(shí)應(yīng)以采用少量的、帶注漿功能的、疏而長(zhǎng)的錨管為主,可以充分發(fā)揮其穩(wěn)定初期支護(hù)的作用。

由于山子頂軟弱圍巖公路隧道施工現(xiàn)場(chǎng)所采用的環(huán)形開挖留核心土法并不能保證隧道施工的順利進(jìn)行,提出擴(kuò)挖支護(hù)施工方案.首先論述擴(kuò)挖支護(hù)施工工序,然后采用ansys有限元方法構(gòu)建擴(kuò)挖支護(hù)厚度為0、20、30、40、50、60cm6種三維計(jì)算模型,系統(tǒng)分析擴(kuò)挖支護(hù)與初期支護(hù)的力學(xué)行為.研究得出：擴(kuò)挖支護(hù)是軟弱圍巖隧道一種相對(duì)優(yōu)越的施工方案,且當(dāng)擴(kuò)挖支護(hù)厚度達(dá)到60cm時(shí)初期支護(hù)的主壓應(yīng)力為16.4mpa,主拉應(yīng)力為0.48603mpa,滿足其材料強(qiáng)度要求.

深部坑道圍巖的變形與承載能力問題——通過傳統(tǒng)連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論描述宏觀尺度上的巖塊行為，借助光滑函數(shù)的組合描述巖塊間間斷位移場(chǎng)的不光滑性，從而揭示了巖塊界面的局部變形行為，使得能量在介質(zhì)中的存儲(chǔ)、耗散與通過間斷界面邊界轉(zhuǎn)移的能得到數(shù)學(xué)刻畫。在該...

隧道原位擴(kuò)建需要將原有結(jié)構(gòu)拆除后再進(jìn)行隧道擴(kuò)挖,形成大斷面隧道。從原隧道的開挖形成小斷面隧道到拆除原有結(jié)構(gòu)再擴(kuò)挖成大斷面隧道,圍巖經(jīng)過多次擾動(dòng)后,經(jīng)受的應(yīng)力狀態(tài)錯(cuò)綜復(fù)雜。以大帽山隧道原位擴(kuò)建為例,介紹采用數(shù)值模擬手段建立新建4車道和原位擴(kuò)建4車道隧道的力學(xué)計(jì)算模型,得出原位擴(kuò)建隧道的圍巖變形及力學(xué)特性,為該隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

運(yùn)用合適的剛度參數(shù)對(duì)實(shí)際工程進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,采用ansys建立基礎(chǔ)模型導(dǎo)入3dec中,克服了3dec建模程序的固有缺陷;根據(jù)節(jié)理巖體變形參數(shù)以及孔隙水壓力對(duì)結(jié)構(gòu)面變形特性影響的研究結(jié)論,利用3dec對(duì)黑山隧道在開挖過程中的變形規(guī)律進(jìn)行了研究,得出淺埋破碎圍巖區(qū)開挖沉降變形影響距離為60m等,與工程實(shí)際符合較好的數(shù)值模擬結(jié)果,從而為確定合理的二襯作業(yè)時(shí)機(jī)奠定了基礎(chǔ)。

結(jié)合工程實(shí)例,通過對(duì)財(cái)神梁隧道全斷面法和臺(tái)階法兩種不同開挖方法下典型斷面的圍巖變形監(jiān)測(cè),研究了其穩(wěn)定性狀況,并對(duì)圍巖變形曲線進(jìn)行了回歸分析,從而優(yōu)化開挖方法和指導(dǎo)施工。

富水板巖地層的膨脹問題一直是地下工程領(lǐng)域亟待解決的難點(diǎn)問題.以滬昆客運(yùn)專線長(zhǎng)昆湖南段姚家隧道出現(xiàn)的膨脹問題為出發(fā)點(diǎn),利用midas/gts軟件建立二維平面應(yīng)變非線性對(duì)稱計(jì)算模型,將已取得的基于時(shí)間效應(yīng)的富水板巖隧道圍巖膨脹本構(gòu)模型導(dǎo)入至midas/gts軟件中,研究膨脹作用下板巖隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)機(jī)制.結(jié)果表明：板巖在膨脹作用過程中,圍巖膨脹力成為影響支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的主要荷載,由于膨脹力的存在,拱腳處的軸力、剪力、彎矩和仰拱跨中彎矩、軸力均會(huì)顯著增加;圍巖在膨脹過程中,與支護(hù)結(jié)構(gòu)密貼的圍巖附近會(huì)產(chǎn)生明顯的塑性區(qū),塑性區(qū)主要集中在隧道仰拱以下區(qū)域和拱頂附近環(huán)形區(qū)域內(nèi),仰拱以下塑性區(qū)層次明顯;塑性區(qū)的分布范圍和隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移之間呈正相關(guān)性.

以山西某淺埋偏壓隧道為依托工程,全面總結(jié)分析其工程特性,利用數(shù)值模擬手段研究其初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變特征,并提出相應(yīng)的施工優(yōu)化方案。研究結(jié)果表明:在淺埋偏壓地形條件下,隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)受力極不均衡,左右邊墻、地表部位發(fā)生較大的水平位移,拱頂、基底處產(chǎn)生較大的豎向位移;而最大軸力值和彎矩值均發(fā)生在隧道右側(cè)拱腳處,不利于隧道的整體穩(wěn)定性;通過采取增設(shè)臨時(shí)支撐、地表注漿等工程措施,提高初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。研究成果為類似工程設(shè)計(jì)施工提供了借鑒意義。

隧道圍巖變形監(jiān)測(cè)及變形規(guī)律分析