双孔盾构隧道近接施工离心模型试验研究

通过室内离心模型试验模拟双孔盾构隧道近接施工,研究了衬砌结构横向内力的量值、分布规律以及随盾构推进距离和两隧道相对位置的变化规律。结果表明,衬砌结构拱顶和拱底内侧受拉,左右拱腰外侧受拉,拱底出现最大弯矩;整个结构均受压,拱顶和拱底处轴力较小,左右拱腰轴力较大;既有隧道施工完成后,结构内力基本呈对称分布,且随着新建隧道的施工,两隧道结构内力将随其相对位置的变化而变化;新建隧道施工对既有隧道结构内力影响明显,设计施工时应采取相应的加强措施。     

富水岩溶地层三车道公路隧道二次衬砌受荷特征研究

施工质量差造成二衬背后排水系统效率低下,遇突发性降水则会造成二衬背后水头高度增加,二衬实际受荷为初支、二衬接触压力与二衬背后外水压力。以某三车道公路隧道为依托,对多个断面初支、二衬接触压力进行现场测试并回归分析,运用荷载结构模型计算二衬在实测接触压力、外水压力共同作用下的内力分布规律,并与实测数据进行对比,结果如下:初支、二衬间接触压力分布较为均匀,量值小于设计荷载;二衬背后水头高度增加将显著增大墙角、仰拱处弯矩,水头高度大于6 m时,弯矩增大更为明显;二衬各测点处轴力随背后水头高度增加整体呈增大趋势,水头大于6 m时,二衬下半断面轴力变化速度明显增大;大于8 m时,上半断面轴力变化速度明显增大。采用换算后接触压力、外水压力计算得到二衬内力与实际二衬内力量值、分布规律基本一致。     

围岩弹性抗力对隧道结构受力的影响分析

运用荷载结构模型及有限元分析手段,以新建200km时速城际铁路隧道衬砌为研究对象,分析了围岩弹性抗力对二衬结构受力的影响。随着围岩弹性抗力的增大,拱顶弯矩及拱肩弯矩绝对值、拱顶竖向位移变小,而拱顶轴力及安全系数变大。说明,围岩越坚硬,衬砌结构受力越有利。随着二衬厚度的增大,拱顶弯矩及拱肩弯矩绝对值变大,而拱顶轴力、拱顶竖向位移及安全系数变小。随着混凝土强度等级的提高,拱顶弯矩、拱肩弯矩及安全系数变大,拱顶轴力和拱顶竖向位移变小,但这些量值的变化幅度较小,说明混凝土弹性模量对二衬受力影响很小。     

富水管道型岩溶隧道衬砌结构力学响应特征研究

对于围岩中存在管道型溶腔的岩溶隧道而言,受地表强降雨及地下水的影响,管道型溶腔内极易积聚高水压力,进而引发衬砌开裂、渗漏水及涌水病害。为了探明管道型溶腔中高水压力对衬砌结构的影响,开展了富水管道型岩溶隧道衬砌结构力学响应模型试验,对不同溶腔位置及不同水头高度影响下的衬砌结构内力特征进行了研究。基于此,建立扩展工况的数值计算模型,进一步探究了不同溶腔直径、溶腔位置及溶腔水头高度对衬砌结构内力的影响。结果表明：当隧道周围存在管道型溶腔时,与溶腔接触位置的衬砌内侧承受较大的正弯矩,为衬砌结构的最不利受力位置;随着溶腔直径和溶腔内水头高度的增加,衬砌内力显著增大;溶腔所在位置影响着衬砌内力的分布,当溶腔位于隧道拱顶时,衬砌结构的抗水压能力最小。研究结果可为管道型岩溶隧道的结构设计及安全施工提供借鉴。     

山岭隧道高水压下衬砌结构平面数值分析

采用平面有限元数值模型分析高水压作用下衬砌结构受力特征和围岩稳定性,研究了水压力大小、注浆加固圈厚度、水压力折减系数对衬砌结构受力和围岩塑性区的影响。研究结果表明：衬砌内力与塑性区随着外水压力折减系数的增大明显增大,随着总水压力的增加而增大,随着加固圈厚度的增大而减小;外水压力折减系数是影响衬砌内力和围岩塑性区的重要因素。     

溶槽水位波动对隧道衬砌的力学影响模拟分析

岩溶隧道通常面临季节性溶槽水位波动带来的水害风险,文章结合工程案例,通过数值模拟,量化分析不同水位和不同位置溶槽蓄水对隧道衬砌受力影响,以揭示隧道水害风险的发生机制和演化特征,主要结论：（1）溶槽在季节性强降雨时发生水位波动,隧道外水压力变化频繁,导致隧道衬砌内力变化显著;水位升高时,结构受力恶化,安全性大幅削减,其中拱顶、边墙仍以小偏心受压模式承载,而隧底部位承载模式由小偏心受压逐步发展为大偏心受压;高水位时衬砌结构存在开裂、破损的风险;（2）边墙部位溶槽蓄水对隧道造成偏压水荷载,边墙安全系数最高下降1.1;地下水位上升,偏压水荷载逐渐演化为均布水荷载,结构受力影响差异性逐渐减小;（3）季节性强降雨来袭,加强泄水降压是解决水头上升、水压过大致使衬砌破坏的关键,并重点关注边墙、隧底衬砌结构安全。     

隧道底部隐伏空腔充水对二次衬砌内力影响研究

以某岩溶隧道为工程背景,按弹性阶段相似原则进行模型试验,研究隧道底部隐伏空腔充水情况下的二次衬砌内力特征,以及水压、溶腔和隧道间距的变化对二衬内力的影响规律。试验结果表明:当隧道仰拱底部隐伏空腔充水时,拱肩、边墙和墙脚处轴力为负,拱顶和仰拱底处轴力为正,其中墙脚处负值轴力最大,仰拱底处正值轴力最大;拱肩和仰拱底处弯矩为正,边墙和墙脚处弯矩为负,其中仰拱底处正弯矩最大,墙脚处负弯矩最大。随着溶腔内水压逐渐增大以及充水溶腔与隧道间距离的逐渐减小,特征位置处的轴力和弯矩均有不同程度的增大,对于轴力,拱顶、拱肩和仰拱底处的增量较小,边墙和墙脚处的增量较大;对于弯矩,拱顶、拱肩和边墙处弯矩增量均较小,墙脚和仰拱底处的弯矩增量明显。沿着隧道的轴向,断面越靠近充水溶腔其轴力和弯矩受影响程度就越大。     

"接触问题"引起的隧道病害分析

衬砌裂损是隧道病害中常见的问题，也是严重威胁结构安全的一个重要因素。除了温度变化、水害、衬砌本身的强度和厚度不足以及混凝土耐久性降低外，隧道围岩压力变化是衬砌产生裂损直至破坏的主要原因。文章针对铁路运营隧道病害的检测结果，对衬砌背后空洞进行平面弹塑性计算分析，得出不同位置、不同大小的空洞以及空洞群对结构各截面安全系数影响的系统认识，明确提出衬砌结构与围岩结合的不紧密性是恶化衬砌受力条件、造成围岩进一步松动、进而造成衬砌裂损的一个重要原因。文章还对直墙式及曲墙武衬砌所受到的不同影响进行了比较分析。认为曲墙武衬砌拱部结构能较好地将内力传递给边墙，由边墙部分承受较大的水平抗力，优化了整体结构的受力，从而降低背后空洞对衬砌结构的影响。通过对计算结果的系统分析和研究，合理解释了实际检测中的问题。     

光纤Bragg光栅传感技术在隧道模型试验中应用

在模型试验中,锚杆一般尺寸较小,应变监测较为困难,可将光纤Bragg传感技术（FBG）应用于隧道模型试验中解决该问题。基于西安地铁二号线4个典型断面实际工况进行隧道模型试验,将自行设计封装的光纤Bragg光栅传感器粘贴在锚杆模型表面,监测其在不同应力状态下的应变。根据隧道开挖前、隧道开挖后、衬砌支护后、抗裂极限状态和极限破坏状态5个应力状态的实测数据,得到锚杆轴力在隧道受力过程中的变化规律。试验结果表明,锚杆受力大小在隧道开挖前后有一定变化。衬砌支护后,随围岩压力增加,锚杆轴力基本呈增加趋势,拱顶附近锚杆承受压力,支护后压力变化不大;拱肩到墙角的锚杆承受拉力,衬砌支护后受力开始增加;锚杆在含水率大的黄土隧道中受力较大,更能发挥其作用。文中方法在模型试验中的应变监测方面提出新的可靠途径。     

不等跨连拱隧道施工全过程的有限元模拟

用同济曙光岩土及地下工程设计与施工分析软件(GeoFBA2D),对某高速公路不等跨连拱隧道的施工全过程进行有限元模拟。得出隧道围岩应力、围岩位移、初衬与二衬的接触压力、中墙内力随施工过程的变化规律。研究表明,大洞的拱顶最大拉应力是小洞的4倍,不等跨效应十分明显;小洞拱顶沉降明显分为三个阶段;小洞的初衬与二衬的接触压力要比大洞大;中墙内力随施工过程变化显著,但最终值很小。结论对隧道设计和施工具有科学指导意义。     

浅埋偏压连拱隧道施工的力学响应分析

以江西某高速公路一浅埋偏压连拱隧道为背景,用MARC有限元程序对其出口段进行了动态施工的三维数值模拟。系统研究了塑性区分布和发展、拱顶下沉、正应力与剪应力的集中和转移、中隔墙竖向应力随施工过程的变化规律。研究表明:1.非对称开挖是引起中墙偏压的最关键因素,初衬和二衬的施作对改善中墙偏压作用不大,对称开挖才是最有效途径;2.在浅埋条件下,拱顶下沉有随埋深增大而增大的趋势,位移释放在开挖完成、支护之前就已经大部分完成。3.左右洞上台阶开挖后拱顶出现拉应力区,是易坍方部位,应超前或及时支护;4.由于偏压作用,山脊一侧边墙和中墙墙踵处塑性区更发育,该侧更易失稳;5.施工完毕,隧道两侧边墙附近集中的压应力转移到二衬和仰拱上,使二者成为应力集中部位,从而改善了隧道围岩的受力状况。     

交错既有隧道次生力学效应三维模型试验

为分析交错新建隧道施工对既有隧道的影响,采用公路隧道结构与围岩综合试验系统对交错隧道进行三维物理模型试验。测试的内容包括新建隧道开挖引起既有隧道围岩内部压应力、围岩内部位移及支护结构内力的变化规律。试验结果表明,既有隧道拱顶径向压应力和拱腰切向压应力具有增加趋势,拱顶切向压应力和拱腰径向压应力具有减小趋势;拱顶围岩内部位移表现为压缩变形,拱腰围岩内部位移为拉伸变形;既有隧道支护结构的轴力和弯矩全为增加,右拱腰的弯矩受到的影响最大;新建隧道施工对既有隧道L8截面的影响较小,对L1和L4截面的影响非常明显,当间距小于L8截面情况时应采取加固措施。     

沪蓉高速柴家湾隧道围岩稳定性分析及支护效果研究

隧道围岩的应力分布及变形特征对保证其长期稳定性具有关键的作用。本文以柴家湾隧道为例进行实态建模,通过采用有限元软件ANSYS对其施工全过程进行了三维弹塑性数值模拟计算。研究结果表明,隧道拱顶和拱脚处应力集中现象明显,局部可能出现拉应力;变形主要集中在拱顶、拱腰部位,衬砌单元所受内力在规定强度范围以内,支护措施合理有效。     

隧道斜交穿越地裂缝的模型试验研究

西安地区由北向南间隔分布有十多条近东西走向的地裂缝,建设中的多条地铁线路与地裂缝呈斜交状态。为了揭示地铁隧道斜交穿越地裂缝时受地裂缝活动而产生的力学性状变化,采用50:1几何相似比尺的物理模型试验仪,在合理模拟围岩地层、衬砌结构、应力条件、地裂缝与洞轴线交角及其错动位移基础上,开展了斜交地裂缝活动条件下隧道衬砌结构与围岩相互作用的物理模型试验研究,并与正交地裂缝活动下的测试结果进行了对比分析。表明斜交地裂缝活动对地铁隧道的影响范围更大,各变形缝均有明显的沉降差发展;邻近斜交地裂缝的衬砌结构易处于“悬臂梁”受力状态,衬砌结构不均匀沉降使其产生旋转位移,围岩土压力变化使衬砌结构内力产生显著变化;随着地裂缝错动位移的发展,上盘内拱顶和下盘拱顶、拱底出现围岩作用的加强,而上盘拱底出现围岩作用的松弛。与隧道正交穿越地裂缝的情况比较,斜交穿越地裂缝时围岩土压力和衬砌结构内力变化更大,易出现拉裂破坏。     

考虑时空效应的软弱围岩隧道施工稳定性研究

以达(州)成(都)高速铁路家乡沟隧道为背景,利用有限差分软件FLAC3D并采用伯格斯流变本构模型对软弱围岩隧道施工稳定性进行研究,得出了隧道某一目标横断面上围岩位移、围岩压力和支护结构受力及内力随时间和空间的变化规律和数值大小,并将计算结果与现场实测数据进行比较验证。研究结果表明:在开挖面前方1.5~2.0倍洞径和开挖面后方2倍洞径范围内,围岩变形主要由空间效应所引起;在上述范围之外,围岩变形主要由围岩的流变属性所引起。由于围岩的流变效应,围岩压力、初支与二衬的接触压力和支护结构受力及内力均随时间而发生变化。在围岩刚开挖时,结构受力及内力增长较快,达到某一值后逐渐变缓;二衬施筑以后,在围岩的流变作用下,结构受力及内力逐渐增加,但速度较慢,最终有可能造成拱脚、拱腰、仰拱等应力较大部位首先破坏。     

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。     

隧道开挖对下伏水平薄煤层采空区地层的扰动及衬砌受荷特征

为探明下伏薄煤层采空区地层中隧道施工对地层的扰动以及衬砌结构受荷特性,采用离散元颗粒流软件,从细观角度对隧道开挖引起的地层应力变化特性进行了模拟分析,同时在室内开展模型试验量测了下伏煤层采空区地层隧道衬砌背后土压力以及二次衬砌结构内力（轴力、弯矩）,分析了特定围压下间距对土压力和二次衬砌受力的影响。结果表明,下伏煤层采空区地层因隧道开挖引起的围岩松动区呈“O”形分布,隧道下伏围岩颗粒接触力反而小于隧道上覆围岩;洞周允许位移越大,颗粒接触力链间断区域越大;间距越小,颗粒接触力链间断区域越大,当间距大于2.0D（D为隧道跨度）时,下伏采空区对隧道围岩颗粒接触力影响逐渐消失,降低了地基反力,间距越小,降低程度越高;二次衬砌内力分布有一定的离散性,二次衬砌裂缝最先出现在拱底,是隧道主体结构的薄弱环节。     

偏压状态下非对称连拱隧道有限元分析

非对称连拱隧道是一种特殊隧道,具有几何不对称、结构不对称等复杂的力学特征。而非对衬连拱隧道的修筑不可避免要穿越偏压地形,偏压地形又会对隧道的受力状态产生较大的影响。采用有限元单元法对偏压地形条件下非对称连拱隧道进行数值模拟分析,根据大洞径隧洞和小洞径隧洞的左右位置不同的情况下围岩及衬砌结构受力变形特点,得出在偏压状态下非对称连拱隧道中的小隧道应设计在埋深大一侧的结论,为隧道的设计提供了一定的理论依据。 关键词：非对称隧道;偏压状态;连拱隧道;数值模拟     

大断面黄土隧道衬砌结构受力变形特征研究

本文结合工程实例对大断面黄土隧道中初期支护与二次衬砌的受力变形特征进行了分析研究。大断面黄土隧道在初期支护中变形具有突变性、变形量大、变形持续时间长等特征,应当及时进行二次衬砌,以防围岩变形破坏。大断面黄土隧道围岩压力在初期支护施工初期快速增大,施工结束七天左右逐渐稳定。大断面黄土隧道二次衬砌施工结束12 h左右各部位接触压力均出现突然增大的现象,这可能与台车模板可提供的反向作用力有关;接触压力由拱顶向拱脚逐渐增大,拱顶接触压力极小,可能该处混凝土未浇筑密实。     

大跨度被覆结构爆炸荷载分布规律研究

为确定常规武器岩土介质中爆炸应力波作用在大跨度(20m以上)被覆结构上荷载分布,利用LS-DYNA有限元程序具体针对不同工况进行数值模拟,得出不同爆距H和爆炸偏角α下几种典型跨度拱壳结构上荷载大小变化和分布情况.计算表明,拱壳结构上荷载随时间推移逐渐由拱顶向两侧扩散衰减;荷载作用范围随结构跨度的增大而减小,当跨度达到50m时,荷载作用范围不再减小;不同爆炸偏角下,荷载分布只是随爆源相对结构偏角位置的变化而偏移,而分布形式一致.