石林隧道底鼓灾害的特征与机理研究

基于石林隧道现场地质调查及底鼓灾害的特征分析,得到了围岩特性、地层压力、地下水、支护形式和围岩流变等诱发该隧道底鼓灾害的因素; 通过深入分析各种因素的致灾过程,表明石林隧道底鼓灾害是一种集遇水膨胀性和挤压流动性为一体,且极具时效变形特性的综合型底鼓。考虑底板下近断层的影响,将石林隧道底板岩层视为板壳结构,通过理论分析得到基于非关联诱导因子群作用下隧道底鼓量的估算公式,表明隧道底板岩层弯曲失稳引起的底鼓量对总底鼓量起关键控制作用。研究结果可进一步深化对隧道底鼓灾害的认识,为灾害防治措施的制定提供可靠依据。     

石林隧道底鼓灾害的特征与机理研究

基于石林隧道现场地质调查及底鼓灾害的特征分析,得到了围岩特性、地层压力、地下水、支护形式和围岩流变等诱发该隧道底鼓灾害的因素;通过深入分析各种因素的致灾过程,表明石林隧道底鼓灾害是一种集遇水膨胀性和挤压流动性为一体,且极具时效变形特性的综合型底鼓。考虑底板下近断层的影响,将石林隧道底板岩层视为板壳结构,通过理论分析得到基于非关联诱导因子群作用下隧道底鼓量的估算公式,表明隧道底板岩层弯曲失稳引起的底鼓量对总底鼓量起关键控制作用。研究结果可进一步深化对隧道底鼓灾害的认识,为灾害防治措施的制定提供可靠依据。     

隧道底板渐进破裂碎胀大变形：一种新的底鼓机制研究

底鼓是深埋高应力软岩隧道常遇灾害,现有底鼓力学机制忽略了隧道开挖导致的围岩应力释放、应力转移和应力集中现象,仅对初始地应力状态进行了分析。因此,鉴于有限元-离散元耦合数值方法（finite-discrete element method,简称FDEM）在模拟岩体材料弹塑性连续变形和断裂失效非连续变形以及破碎块体接触方面的优越性,采用FDEM数值模拟方法研究了隧道底板渐进破裂碎胀大变形演化机制,并研究了地应力侧压系数、围岩体抗拉强度和底板位置对底鼓机制的影响。结果表明：（1）隧道底板底鼓力学机制为围岩的破裂碎胀性大变形,可简述为隧道开挖导致径向应力降低、切向应力升高,当升高的切向应力超过岩体强度时便产生共轭剪切破裂并伴随拉伸断裂,最大切向应力不断向深处完整围岩演化直至与岩体强度达到极限平衡状态,剪切裂隙也随之不断向深处扩展,深部块体推挤浅部块体向隧道空间移动并产生大量空隙,发生体积膨胀现象,造成底鼓灾害;（2）根据地应力侧压系数和围岩体抗拉强度的不同,可归纳出5类不同的底板破坏模式,但都可归结为由于最大切向集中应力造成的破裂碎胀性大变形。修正了原有底鼓力学机制未考虑应力释放、转移和集中等...     

采空侧巷道底鼓形成机制与防治技术研究

煤矿深部采空侧巷道底鼓现象日趋普遍和严重,严重影响巷道的运输和正常使用,其底鼓防治技术研究已成为目前煤矿岩石力学问题研究的重点。通过理论分析、数值模拟、现场试验等研究方法,对采空侧巷道底鼓的特征、形成原因、形成机制及其防治技术进行了详细研究,得到以下结论：（1）采空侧巷道底鼓与底板岩性和底板岩层的应力重新分布有关;（2）底板在严重挤压变形的情况下发生断裂,底板隆起,墙角发生外移是造成底鼓的主要原因;（3）底鼓始于巷道底角与底板中部;（4）采用中空锚杆注浆与高强锚杆锚注联合支护技术能有效治理采空侧巷道的底鼓     

某铁路隧道底鼓段粉砂质泥岩微宏观物理力学特性研究

西南地区YD隧道在运营期间隧道底部多段发生隆起变形,造成无砟轨道板开裂,导致轨道结构受损不稳定,影响行车安全。为了探明其底鼓原因,现对底鼓段紫红色缓倾层状粉砂质泥岩进行微宏观工程特性研究,分析其对隧道底鼓的影响。采用室内试验的方法,对该处粉砂质泥岩的物质组成成分、微观结构、膨胀性、抗剪抗压强度、压缩变形等围岩性质开展全面试验,并对围岩地应力、水文地质条件进行现场调查。试验和调查结果表明:研究区围岩根据岩石质量评价标准可以判定为Ⅳ级围岩;其岩石成分主要为伊利石、石英、绿泥石等,不含蒙脱石这种膨胀性黏土矿物,自由膨胀率最大为1.96%,不具备膨胀性;岩石的层理面上分布有2~8 μm大小的孔隙,岩石内部存在长度为3~8 μm的原生裂纹;岩石的单轴饱和抗压强度为11.3~21.8 MPa,属于较软岩;岩石的物理力学参数受含水量的影响较大,随着含水量的增加,内聚力缩减50%,抗压强度缩减了45%~55%,弹性模量缩减了50%。研究结果显示研究区岩体在水理作用下岩石强度会大幅度降低,但不含膨胀性矿物,不具备膨胀性。且根据现场监测,地下水位无变化,因此地下水和膨胀性不是隧道底鼓的直接诱因。     

基于含水劣化特性的隧道围岩时效变形数值计算

基于一种可考虑含水劣化特性的岩石黏弹塑性模型,推导得到了该模型的有限差分格式,并采用C++语言进行程序设计获得了FLAC3D二次开发的动态链接库文件。通过简单模拟试验对程序进行有效性检验表明,模型程序可较好地反映岩石的瞬时弹性变形、衰减蠕变、等速蠕变、含水劣化和塑性变形等特性。通过采用黏弹塑性模型程序对实际的隧道地质模型进行数值分析表明：与自然含水状态相比,围岩处于饱和状态时隧道的拱顶沉降、周边收敛和底鼓位移都出现明显增大,饱和状态下隧道底鼓值约为自然含水状态下的2倍,围岩自稳时间较自然含水状态时减小了40 d左右,严重缩短了二次衬砌的合理时间范围。计算结果与隧道现场实际情况较吻合,有效揭示了隧道大变形灾害的产生机制。运用该黏弹塑性模型程序可较好地分析围岩-支护体系的稳定性,并预测隧道二次衬砌的合理施作时机。     

陆地声纳法在探测岩溶区高铁隧道基底隐患中的应用

沪昆高铁的麻拉寨隧道和贵广高铁的高天隧道在联调联试阶段均发生不均匀沉降和底鼓现象,为了摸清隧道基底致灾原因并对注浆质量进行检测研究,采用陆地声纳法在隧道岩溶段进行了检测,在基底下方探测出较多中、小溶洞,多组中、小断层延伸到基底下方使溶洞之间互相连通,由于雨季隧道周边水压力强烈的变化,造成了隧道不均匀沉降与底鼓,根据数据图像的特殊反应确定了破碎区域和浆注入区,依据探测结果确定治理方案并在治理施工中得到验证。      

论煤层底鼓出水

本文阐述了现场观测到的底鼓发展过程,并对其进行了理论分析,为有效地防治底板突水提供了一定的科学依据。     

双连拱隧道施工偏压力学特性的监测与分析研究

结合宜(宾)－水(富)高速公路鞋底坡双连拱隧道工程,通过埋设量测元件对隧道结构受力的关键部位进行现场监控测试与分析,获得了隧道支护结构在施工偏压条件下各施工阶段的围岩应力、锚杆轴力、中墙内力以及隧道支护结构中的内力变化情况。通过对比分析得出：最不利于隧道结构受力(关键是中墙受力)的施工工序发生在隧道由单侧施工过度到双侧施工时;中墙弯矩的方向一般是由后施工洞室向先施工洞室偏转。现场测试所得的数据和结论可望为同类隧道的设计、施工和研究提供有益的借鉴和参考。     

西藏南路越江隧道近距离穿越M8号线地铁沉降分析

西藏南路越江隧道施工须穿越运营中的M8地铁下行线下方,对地铁隧道上方的土体产生扰动,从而造成地铁隧道的变形。施工中建立了越江隧道顶管穿越地铁隧道的三维数值计算模型,通过现场监测地铁隧道的沉降变形,并对其进行对比分析,得出盾构穿越过程中地铁隧道的变形规律,为今后此类工程提供了借鉴。     

Topology optimization to prevent tunnel heaves under different stress biaxialities

Floor or sidewall heave imposes a severe issue in tunnel construction. We propose a two‐phase mixture model consisting of the original rock and the fully anchored rock mass. The host ground is discretized by finite elements. The relative ratios of two phases in various elements are optimized by optimality criteria method so that the floor or sidewall heave is minimized. The topology of reinforcement is designed to prevent floor heave or sidewall heave of a tunnel surrounded by homogeneous rock. The stress biaxiality k dictates whether the floor heave or the sidewall heave control the tunnel distortion. The results indicate the importance to set reinforcement near the tunnel corners to prevent sidewall and floor heaves. Part of the results is confirmed in the practices. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

Application of the complex variable function method in solving the floor heave problem of a coal mine entry

With the increase of mining depth in Chinese coal mines, the entry floor heave becomes one of the major engineering problems. This paper has studied the stress and displacement distribution around an entry in Buertai coal mine, China. The mechanism of floor heave is analyzed using the method of complex variable function. The influences of floor mechanical properties, longwall face advance, and mine water on the stability of the floor are then identified. The results show that (1) the floor moves towards the center under the concentration of the tangential stress, resulting in floor heave; (2) the floor stability is mainly influenced by the mechanical properties of the floor and the confining stress from the surrounding rock; and (3) the unnoticeable movement of the floor may be enlarged by the mining activity (face advance) and mine water. The proposed theoretical model is validated by the numerical modeling and the in situ. Good agreements are found between the theoretical analysis and the numerical modeling results and the in situ. It is thus believed that the complex variable function method can be used for analyzing the floor heave problem. Based on the mechanism of floor heave, we divide the control techniques into two categories: creation of a stress-relief entry and floor reinforcement. The techniques were practiced at two Chinese coal mines with good ground control effects.     

基坑开挖引起下卧隧道隆起变形的实测数据分析

在上跨隧道的基坑工程中基坑开挖常引起下卧隧道发生结构变形,限制隧道的隆起变形成为基坑施工控制的关键。详细介绍了该类工程的特点,包括交叉形式、隧道变形特点、常见控制措施等,对近期国内发生的39例类似工程进行分类总结,分析了隧道纵向最大隆起变形与各影响因素间的关系,并提出了隧道最大隆起变形的预测模型。结果表明,该类工程中工程地质对隧道的隆起变形影响较大,工程地质条件越差隧道的隆起变形越难控制;开挖深度、基坑面积、基坑形状同样是影响隧道隆起变形的重要因素,基坑开挖面积及深度越大,形状越不规则,隧道的隆起变形越大;在软土地区,当基坑开挖面积及深度较大时设置抗拔桩能显著减小隧道的最大隆起变形。     

某地铁区间隧道冻结施工冻胀效应随机预测分析

土层冻结引发冻胀,引起地面上升和变形,过量的不均匀沉降或变形可能危及周围地面建筑.南京地铁某区间隧道穿过地层为软一流塑状淤泥质粉质粘土,拟采用人工冻结法作为辅助施工方法穿越该不良地段.为对地面建筑物进行变形控制,需要对冻结法施工冻胀效应进行预测.采用随机介质理论对该工程冻结施工的冻胀效应进行预测,介绍了冻胀效应分析的基本过程,编制了计算分析程序,分析了水平冻胀引起的地面隆起、曲率变形规律.结果表明:水平冻胀引起的地面变形均满足地面变形控制要求.     

A model for swelling rock in tunnelling

Summary In this paper, the phenomenon of swelling in tunnelling will be treated as a hydraulic-mechanical coupled process. This approach allows one to model the observed floor heaves realistically, i. e. without the prediction inevitable in the previous models of movements at the tunnel crown and walls. Furthermore, the development of heave and pressure over the course of time can be studied. The absence of deformations above the floor level is here interpreted as a consequence of the hydraulic boundary conditions. Besides the importance of seepage flow, the influence of rock strength is illustrated. Swelling rock is considered as an elastoplastic material. This allows one to predict the often large haaves of a tunnel floor as observed in situ. According to the numerical results, the area of practically relevant swelling strains extends as far as the plastic zone.     

隔离桩及盾构近接施工对高铁桩基的影响分析

针对饱和砂土地区盾构隧道超近接高铁桥墩摩擦桩的工程问题,采用钻孔灌注桩及高压旋喷桩组合隔断隧桩间位移。分别对钻孔灌注桩、高压旋喷桩及盾构上下行线近接高铁桥梁桩基引起的高铁桩基的变形及变位开展现场试验,对现场实测数据及规律进行分析。结果表明,钻孔灌注桩施工使高铁桥墩产生沉降,占施工过程最大沉降量的 75%～125%;高压旋喷桩施工导致桥墩产生隆起,占施工过程最大沉降量的-50%,旋喷桩施工完成后将持续一段时间;盾构施工对高铁桥墩竖向变形产生影响,距离高铁桩基越近影响越大,同时累计沉降跟盾构施工控制有较大关系。     

Numerical simulation of frost heave with coupled water freezing,temperature and stress fields in tunnel excavation

Artificial ground freezing is an effective ground improvement technique to deal with diverse geotechnical construction problems as it serves to cut off the water and also improves the ground soil strength. However, ground freezing may produce frost heave and thaw settlement at the ground surface. Predicting and controlling the frost heave is a challenge to engineering construction in a heavily populated city. This paper proposes an analysis model that couples the water freezing, temperature and stress fields. This model is first applied to an underground excavation problem of a corridor where ground freezing is used. The numerical predictions are compared with field measurements. It is then applied for a model tunnel problem to study the effect of the overlying soil thickness, frozen soil wall thickness, excavation radius and brine temperature on the frost heave. It is found that the vertical component of the frost heave follows a normal distribution with a maximum at the tunnel axis, while the horizontal component reaches a maximum at a distance from the tunnel axis. This distance is directly proportional to the thickness of the overlying soil. A critical brine temperature is also found at which the frost heave at the ground surface reaches a maximum.     

盾构隧道注浆对既有隧道影响的离心模拟研究

随着地铁网络不断完善,越来越多的新建盾构隧道近距离穿越既有隧道,然而对于盾构隧道近距离穿越既有隧道影响的研究尚不够完善。以上海典型软弱地层为背景,通过离心模型试验,研究了不同注浆率下的盾构上穿越施工对既有隧道以及周围地层的影响。选用排液法在离心场中模拟盾构施工,在不停机状态下成功模拟隧道开挖卸载、地层损失和注浆效应。分析了在不同的注浆率条件下,既有隧道在上穿越施工期和工后长期的位移、周围孔压和纵向应力的变化规律。试验结果表明,新建隧道近距离上穿越既有隧道时,隧道开挖的卸载效应等会导致既有隧道的隆起,但随着注浆率增大,既有隧道的隆起量减小。但过高注浆率对周围土体扰动较大,从而导致工后既有隧道的沉降也越大。     

挤压式盾构隧道施工引起的地表移动及变形

视挤压式盾构施工隧道引起的地表移动为一随机过程,应用随机介质理论对所引起的地表移动和变形进行了分析。工程实例分析表明,该分析方法效果良好。