断层对隧道围岩稳定性的影响

针对隧道开挖过程中的隧道围岩稳定性问题, 将地质力学中构造体系的复合及构造演化应用到隧道围岩稳定性分析中去, 分析了各种力学性质的单一式断层、归并复合式断层以及断层交会等的特点和对隧道围岩稳定性的影响, 并通过厦门海底隧道现场实例加以验证。研究结果显示, 断层交会和断层归并复合很容易引起围岩失稳, 断层的其他要素如风化程度、断层走向与隧道中线走向的夹角对围岩稳定性影响也很大。研究为隧道施工提供了有意义的借鉴。      

松散堆积体隧道围岩变形破坏细观特征研究

隧道穿越复杂松散堆积体地层时,如何确保隧道施工过程的安全是工程人员普遍关心的课题。依托云南省罗打拉隧道,基于Monte Carlo随机原理,结合数字图像处理技术,建立了考虑接触面单元及抗拉强度的堆积体地层隧道开挖细观结构模型,并探讨了隧道开挖引起的堆积体围岩变形、破坏过程以及失稳机制,并在现场进行应用验证。研究结果表明,构建的堆积体地层隧道开挖细观结构模型可有效反映隧道开挖过程中围岩的破坏过程,围岩位移等值线呈波动性与非对称性分布;围岩破坏以剪切破坏为主,局部存在拉裂?剪切复合破坏,且破坏区由边缘块石尖端向深层逐步扩展,形成包裹块石的剪切楔形区及拉剪松动圈,在施工扰动下易发生局部失稳。针对堆积体地层破坏特征,提出了围岩注浆加固措施,地层加固后土石颗粒间胶结良好,开挖轮廓周边形成有效的注浆加固圈,开挖支护过程围岩变形可控,支护结构稳定,效果良好,可为后续类似松散堆积体地层隧道的设计、施工提供新思路。     

煤系地层大跨度隧道围岩结构稳定性研究

针对目前大跨穿煤隧道的研究热点,以重庆市绕城高速公路环山坪隧道为研究对象,在界定大跨度隧道及分析其围岩稳定性关键影响因素的基础上,结合现场监测和数值模拟对大跨度穿煤隧道围岩结构稳定性进行了分析。结果表明,大跨度隧道各处等效应力集中对扁平率变化敏感程度不同,拱脚最为敏感,拱顶基本不随扁平率的改变而变化。隧道穿越软弱煤层段时,围岩应力重分布受影响明显,拱顶位移随开挖面不断推进急剧增加,且隧道围岩塑形圈不断向拱顶围岩内部发展。尤其当煤层软弱带与隧道顺层相交时,隧道荷载结构偏压效应凸显,偏压荷载随煤层倾角变陡而增大,易造成支护结构失稳破坏,在设计及施工中应特别加以重视。     

公路隧道局部塌方洞段的围岩稳定性评价

结合某公路隧道工程,以现场地质调查和监测资料为基础,在结构面发育且可能发生大规模塌方的围岩洞段,根据现场实际统计的优势结构面产状,采用关键块体理论、非连续变形方法（DDA）首先确定围岩主要的失稳破坏模式,然后运用连续介质分析程序FLAC,在DDA方法确定的围岩实际变形破坏塌方形态的基础上进行计算分析,评价围岩的整体稳定性及加固措施的有效性。分析表明,围岩破坏的主要模式为受结构面控制的局部块体的失稳,工程开挖后围岩不会发生大变形,这与实际情况基本一致,为安全施工提供了保证。采用非连续变形方法和连续介质计算相结合的分析方法对隧道工程塌方稳定性进行研究,取得了较好的效果,研究方法和经验可为类似工程参考并借鉴。     

用施工状态的数值模拟来指导隧道设计

招宝山隧道是由两条平行的，毛跨约１４ｍ的隧道组成的城市高速路隧道。通过施工状态的数值模拟对隧道围岩的位移和应力状态进行研究，以确定围岩的稳定性及可能发生破坏的位置及破坏方式，并据此作为设计的依据之一。     

穿越古堰塞湖相沉积地层隧道围岩质量分级与稳定性控制

古堰塞湖相沉积地层是川西地区公路建设过程中易遇到的软弱地层。本文以川主寺隧道进口段为典型工程实例,对穿越这一特殊地层隧道围岩失稳问题及稳定性控制技术开展系统研究:基于可拓学理论对古堰塞湖相沉积地层围岩等级进行了精确划分,并通过数值模拟手段探讨了川主寺隧道进口段围岩失稳破坏机理,在此基础上,提出了可行的开挖支护方案建议。本文研究方法及主要结论对于指导穿越古堰塞湖相沉积地层隧道建设具有重要的现实意义。     

浅埋偏压隧道洞口段软弱围岩失稳突变理论分析

含有断层的浅埋偏压隧道的断层错动引起围岩失稳是一个由渐变到突变的过程,具有非连续跳跃的特征,可以采用突变理论分析围岩破坏方式。以沪-昆客运专线长-昆湖南段CKTJ-Ⅸ标段某隧道洞口穿越断层破碎带为工程背景,根据围岩失稳情况,建立隧道穿越断层段的力学模型,构建断层围岩系统的总势能函数,求出突变模型的标准型式和分叉集方程;将拱顶下沉变形随时间变化的函数展开为泰勒级数,建立隧道围岩稳定状态判别式,实现突变模型和监测数据的融合。研究结果表明,围岩拱顶沉降变形随时间变化的函数与围岩失稳突变模型之间存在良好的转化关系;根据围岩失稳突变判据得出的围岩失稳状态与实际围岩破坏情况基本吻合,且判别式的组成型式简单,对于判断含有断层的浅埋偏压隧道围岩稳定性具有较强的实用性;判别式的大小与围岩的破坏程度之间存在一定的关联。     

不等跨连拱铁路隧道围岩压力分布及受力特征模型试验研究EI北大核心CSCD

以兰渝铁路新作坊隧道洞口明挖段不等跨连拱结构为背景,采用室内模型试验的方法,对不等跨连拱铁路隧道围岩压力分布及受力特征进行研究。试验结果表明：隧道水平侧压力均小于竖向围岩压力,拱顶处侧压力小于墙脚处侧压力,小洞侧侧压力系数平均为0.55,大洞侧侧压力系数平均为0.65;中隔墙顶部围岩压力均大于拱顶处围岩压力,且大洞拱顶围岩压力约为小洞的1.2倍;隧道结构总体为小偏心压弯构件,大洞所承受的轴力总体比小洞承受的轴力大20%-30%;隧道先后在大小洞靠近中隔墙的拱腰及仰拱处破坏,最终发生整体失稳;靠近中隔墙的大小洞拱腰及仰拱是设计施工时应重点关注的部位;最终获得不等跨连拱铁路隧道的围岩压力分布模式,研究结果可以直接指导新作坊隧道结构的设计与施工,有利于完善不等跨连拱隧道设计施工理念。     

不等跨连拱铁路隧道围岩压力分布及受力特征模型试验研究

以兰渝铁路新作坊隧道洞口明挖段不等跨连拱结构为背景,采用室内模型试验的方法,对不等跨连拱铁路隧道围岩压力分布及受力特征进行研究。试验结果表明：隧道水平侧压力均小于竖向围岩压力,拱顶处侧压力小于墙脚处侧压力,小洞侧侧压力系数平均为0.55,大洞侧侧压力系数平均为0.65;中隔墙顶部围岩压力均大于拱顶处围岩压力,且大洞拱顶围岩压力约为小洞的1.2倍;隧道结构总体为小偏心压弯构件,大洞所承受的轴力总体比小洞承受的轴力大20%～30%;隧道先后在大小洞靠近中隔墙的拱腰及仰拱处破坏,最终发生整体失稳;靠近中隔墙的大小洞拱腰及仰拱是设计施工时应重点关注的部位;最终获得不等跨连拱铁路隧道的围岩压力分布模式,研究结果可以直接指导新作坊隧道结构的设计与施工,有利于完善不等跨连拱隧道设计施工理念。     

黄土隧道围岩稳定性粘弹塑性有限元分析

模拟分析黄土隧洞围岩稳定性对了解黄土隧洞变形破坏机理,对黄土隧洞设计施工理论具有重要意义.采用粘弹塑性模型对黄土隧道围岩进行有限元分析,研究围岩的变形规律,探讨围岩位移场分布,并同真实试验黄土隧道的侧面无衬砌和半衬砌两种工况各3种状态的变形破坏结果进行比较,发现用有限元方法模拟的结果与真实隧道的变形破坏过程基本吻合,此结果可为类似的黄土隧道工程的设计施工提供参考.     

Experimental study on damage failure mechanical characteristics and crack evolution of water-bearing surrounding rock

Water plays an important role in the mechanical properties of roadway surrounding rocks and poses a great threat to their stability. To study the damage and failure characteristics, and the fracture development laws of surrounding rock, a uniaxial compression test for prefabricated fractures in water-bearing surrounding rock was carried out. Results indicate that water-bearing prefabricated fracture specimens are in better development condition after failure. In water-bearing specimens, the propagation direction is more complex. There are more secondary fissures, and the fracture strength is significantly lower than in dry specimens. When immersed in water, the interior structure of surrounding rock is weakened and softened; thus, the intensity is reduced, and the development and propagation of fractures is promoted. For larger angles of the prefabricated fractures, the compression failure of surrounding rock changes into shear failure. As the angles approach 90°, the shear failure again prevails. Therefore, the strength of the surrounding rock firstly decreases and then increases. A new ultimate stress strength model is developed for fractures caused by shear slip failure in water-bearing surrounding rock. The model results are consistent with the experimental results, and the validity of the model is verified. These results are helpful for deeply understanding the failure process of water-bearing surrounding rock with prefabricated fractures. The proposed model could be used for the evaluation of water-bearing surrounding rock stability in coal mines, as well as dynamic risk monitoring.     

用SBQ值作为砂类土质隧道围岩分级基准的构想

砂类土的抗剪强度和重度与砂类土体隧道围岩稳定性有较大的关系。从影响砂类土体隧道围岩稳定性因素及围岩分级的角度出发,探讨了利用综合性指标SBQ值作为基准指标来评定砂类土体隧道围岩稳定性方法的可行性。分析表明,SBQ值可以作为其他物理力学指标的代表值,可以综合评定砂类土隧道围岩的稳定性,并给出了用SBQ值描述各物理力学指标的定量表达式。     

公路隧道岩质和土质围岩统一亚级分级标准研究

目前实施的《公路隧道设计规范》（JTG D70－2004）对土质围岩分级、围岩亚级分级方法都没有进行研究,因此,不能满足隧道设计和施工的要求。通过对岩质围岩和土质围岩自稳性的大量室内试验、数值计算和理论分析,建立了公路隧道岩质围岩和土质围岩统一的亚级分级标准。研究结果显示：围岩自稳跨度是围岩自稳性的综合反映,围岩自稳跨度可分为长期稳定跨度、基本稳定跨度、暂时稳定跨度和不稳定跨度。研究表明,规范中岩质围岩的Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级分别依据自稳跨度可分为2个、3个和2个亚级;土质围岩尽管分为黏质土围岩、砂质土围岩及碎石土围岩,但按照各自的自稳跨度可以分别进行亚级划分。可见,以自稳跨度可以建立岩质围岩和土质围岩统一的亚级分级标准。     

超前支护下隧道掌子面稳定性极限上限分析

软弱围岩隧道施工中,常采用超前支护确保隧道施工的安全。为了评价超前支护下隧道稳定性,建立了超前支护作用下截锥体、对数螺旋线共同破坏模型,基于极限分析上限法和综合强度折减法并考虑初期支护未支护段的影响,推导出了隧道稳定安全系数的目标函数,并利用Matlab编制程序求解该函数以此判断隧道稳定性。与模型试验结果和已有理论研究成果对比分析,验证了计算方法的合理性,同时分析了影响隧道稳定安全系数的各个因素。研究结果表明：围岩黏聚力、内摩擦角的增加,掌子面锚杆、拱部超前支护的施作对提高围岩稳定性有显著的作用,而初期支护未支护段长度、开挖高度的增加不利于围岩的稳定;在围岩内摩擦角较小时,分台阶开挖降低开挖高度提高隧道稳定性的效果更好;在围岩内摩擦角较大时,掌子面锚杆加固强度的增加对隧道稳定性提高的作用更显著。最后给出了超前支护的施工设计建议图,可为工程中初步确定超前支护参数和施工方法提供参考。     

周家湾隧道施工中围岩量测成果分析及应用

随着国民经济的飞速发展,对铁道交通运输的要求越来越高。国家铁道网络工程的建设,尤其是高速铁路的建设,使得超长隧洞、超大断面隧洞的应用越来越广。这就对隧洞施工技术提出更高的要求。如何选择合适支护时间及支护方式,将影响施工进度与施工成本的控制。在隧道施工过程中采用围岩量测监控技术,对围岩变化情况及支护结构进行量测,及时提供围岩稳定程度与支护结构可靠性的安全信息,预见事故及险情,作为调整与修改支护设计的依据,并在复合式衬砌中,依据测量结果确定二次衬砌施做的时间,以达到监控隧道围岩与支护结构的变化不超过设计标准。在周家湾隧道施工中应用了围岩量测技术,全过程监督施工中围岩的稳定性。通过对监测数据的分析与研究,选择适宜的支护措施,确保了工程的安全与质量,提高了施工效益并节约了施工成本。     

花岗岩隧道脆性破坏的温度效应研究

目前深埋硬岩隧道的岩爆等脆性破坏研究还较少考虑到温度的作用效应。采用精细网格数值模型,提出热-脆性-精细力学计算方法,应用能反映高地应力下硬岩脆性破坏特点的岩体劣化模型,结合能量计算指标,开展了不同温度作用下隧道硬岩脆性破坏的热力耦合分析。以瑞典APSE花岗岩隧洞岩柱为例,进行不同地温下隧道破坏区、能量释放值和应力指标的定量化对比研究。研究结果表明,隧道地温的增加将使岩体产生附加温度应力,进而增大其脆性破坏程度,计算结果与隧道现场的破坏规律基本一致。热-脆性-精细力学计算能合理描述硬岩的损伤和渐进破坏过程,计算结果较好地揭示了花岗岩等硬岩深埋隧道脆性破坏的温度作用效应,对于高应力、高地温下深部工程的稳定性评价具有指导意义。     

Shield Tunneling in Rock–Soil Interface Composite Formations

With increased demand for the tunnel construction in rock–soil interface composite formations, the influence on surrounding environment especially the excavation face instability during construction and ground settlement in the long term has gained great attention. The researches about environmental disturbance by shield tunneling construction in single ground as the soil or rock conditions have been developed continuously. However, due to the complexity and uncertainty of the interaction between rock–soil interface composite formations and shield machines, works on these special conditions have not been carried out sufficiently. In this paper the theoretical, experimental and numerical researches on the excavation face stability and ground settlement are discussed while the in situ datum are used to support them. First, the typical projects in rock–soil interface composite formations are listed and the difficulties met are summarized. Second, the failure model of excavation face and support pressure from the tunneling shield in rock–soil interface composite formations are discussed. Then, a comprehensive survey of the factors of ground settlement during and after construction and some effective prediction models are made. Finally, the existing problems and directions for future research are introduced.     

砂类土体隧道围岩压缩模量的试验研究

砂类土的压缩模量与砂类土体隧道嗣岩稳定性有较大的关系.从影响砂类土体隧道嗣岩稳定性因素及围岩稳定性分级的角度出发,探讨了与砂类土体隧道围岩稳定性相关的压缩模量的影响冈素,发现砂类土的细粒(d<0.074 mm)含量对其压缩模量有较显著的影响,二者呈负相关;砂类土的相对密实度并非完全足越人而压缩模量也越大,还与细粒含量及细粒含水状态仃关:采用砂类上细粒含水率而不是砂类土含水率的方法来评定潮湿砂类土的压缩模量,得出了细粒含水率对砂类土压缩模量的影响规律.根据细粒含量和相对密实度对压缩模量的影响规律,提出了两指标的分级界限.     

隧道围岩特性曲线数值模拟与分析

由于围岩特性曲线中只有圆形坑道才有解析解,对马蹄形坑道只能近似地将其转换成圆形[1],加上其它因素,如围岩原始数据、原始应力场、初始位移等的确定问题,使得特征曲线法在一般衬砌设计,特别是衬砌标准图设计中难以应用。笔者采用弹塑性有限元方法绘制了不同埋深、各种围岩级别下的铁路标准设计单、双线毛洞的围岩特征曲线,得出不同围岩级别、不同埋深、不同洞形和尺寸下围岩特性曲线的变化规律。对特性曲线法在隧道衬砌设计中的应用有实际意义。