三趾马红土中石楼隧道的工程稳定性初步研究

三趾马红土中石楼隧道4km洞身位于地下水位线以下,围岩极易产生过大变形甚至失稳破坏。通过原位大剪试验,探讨围岩剪应力与剪切位移的变化规律,并得出C、φ值。在此基础上,建立石楼隧道有限元数值模型,分析施工过程中拱顶沉降、水平收敛、应力场、锚杆轴力及初期支护结构弯矩的变化规律,并与现场监测结果进行对比。结果表明:①剪应力与剪切位移呈弱硬化状态;②拱顶沉降、水平收敛在毛洞阶段变形较大,初期支护体系能有效控制围岩变形,拱角极易产生应力集中。建议及早施作仰拱以排除病害,锚杆及支护结构在各自极限范围内,整体是安全的。     

水-力耦合作用下三趾马红土围岩变形特征研究

以地下水位线以下的石楼隧道典型三趾马红土围岩段为例,通过现场监测对三趾马红土围岩的体积含水量、孔隙水压力、围岩应力（土压力）、拱顶沉降与水平收敛进行了分析。在此基础上,通过原位大剪试验获得了可靠的围岩抗剪强度参数,并建立了隧道三维有限元数值模型,分别对考虑水-力耦合效应、不考虑水-力耦合效应的三趾马红土围岩变形规律进行了探讨,分析了孔隙水压力随着隧道开挖的变化和三趾马红土围岩位移场、应力场受水-力耦合效应的影响程度,并提出了围岩破坏变形机制。结果表明:（1）实测拱顶下沉大于围岩水平变形,围岩应力可分为增长期（ < 20d）、调整期（20~60d）、稳定期（>60d）3个阶段,且整体应力水平较高,下台阶含水量大于上台阶,孔隙水压力经历了由负变正的过程。（2）现场剪切试验所测围岩的黏聚力为64.0kPa,内摩擦角为27.7°。（3）数值分析表明,隧道开挖后孔隙水压力场变化十分明显,这是由地下水流速场的改变引起的,水力坡降在衬砌面附近最为明显,渗透动水压力导致土体产生一定的渗透变形;考虑水-力耦合后围岩剪应力、最大剪应变、拱顶沉降、水平收敛、底板隆起均较大。（4）受开挖及支护的影响,地下水产生渗流并依次经过拱顶、边墙,最终汇集于隧底;受开挖、地下水渗流的影响,围岩节理裂隙进一步扩张,成为地下水良好的运移通道;围岩的有效应力随着孔隙水压力的减小而增大,围岩的力学强度在土体趋于饱和状态时骤降,反过来,高有效应力、低围岩强度以及贯通性节理裂隙三者共同改变着地下水渗流场的状态。（5）为保障围岩整体稳定性,建议及时排出隧道底部积水并施做仰拱。     

三趾马红土失水收缩裂缝演化规律研究

黏性土失水收缩开裂对人类工程活动影响显著。通过设计室内试验监测装置,对重塑三趾马红土开展干燥脱湿试验,并运用数字图像定量处理技术获得其干缩裂缝演化的动态定量数据,发现其裂缝演化规律与传统规律（裂缝面积、平均宽度在干燥过程中始终增长,最终趋于稳定）有所不同,表现为试样裂缝在干燥中期出现收缩现象,呈现裂缝的自愈性。随后提出裂块理论深入分析了此现象的产生机制,并引入愈合度概念,研究了不同初始含水率下试样裂缝的愈合规律,结果表明：（1）初始含水率对试样裂缝愈合度影响显著,初始含水率越低,试样裂缝越早开始愈合且最终愈合度越大;（2）干密度1.7 g/cm3的试样在40℃脱湿条件下,试样最终愈合度与初始含水率呈良好的线性关系。     

黄土?三趾马红土滑坡滑带土的长期强度影响因素研究

西北地区三趾马红土广泛分布,其蠕变特性强、变形后强度衰减明显,为典型的易滑地层。以往研究较少关注三趾马红土的长期强度衰减规律,为探讨三趾马红土强度时间效应,文章开展三趾马红土蠕变试验研究,获取其蠕变全过程曲线;利用等时曲线法求取其长期强度,并分析影响因素对长期强度影响的敏感性。结果表明:三趾马红土蠕变性强,蠕变特性受初始条件影响显著,试样干密度越小、含水率越高、试验围压越小,其蠕变变形量越大;三趾马红土蠕变变形后强度衰减明显,强度损失率为6.67%～34.58%,干密度越小、含水率越高、围压越小其长期强度越低;三趾马红土长期强度衰减随影响因素变化敏感性不同,随含水率变化最为敏感,随围压变化敏感性次之,随干密度变化敏感性最低;三趾马红土强度损失率变化则呈现不同规律,干密度越小、含水率越高、围压越低,其强度损失率越大,且其变化幅度随围压变化最为敏感,随含水率变化次之,随干密度变化敏感性最低。     

内蒙古中部阿巴嘎地区的三趾马（N2）红土及其工程特性的形成

作者近年来的研究结果表明,在中国北方为黄土和其它第四纪沉积物所覆盖的三趾马（N2）红土是一种性质特殊的区域性膨胀土,具有蒙脱石含量高膨胀性显着的特点,对本区的工程建设和地质灾害的发生具有重要的影响。本文是对内蒙古中部阿巴嘎地区三趾马红土的工程特性及其形成机理的宏观微观综合研究结果。     

接触角度对黄土-三趾马红土界面剪切力学特性影响研究

西北黄土高原第四系黄土广泛沉积于新近系三趾马红土之上形成粗糙接触的异质土界面,为典型的易滑层面.为探讨接触界面粗糙度对黄土-三趾马红土界面剪切力学特性影响,研制界面制样装置及剪切仪,开展简化黄土-三趾马红土界面直剪试验研究.结果表明:界面剪切破坏模式有齿间滑动、齿间滑动-齿面剪断、齿面剪断3种,界面接触角度越大,破坏模...     

抽水试验及数值模拟在基坑工程中的应用

江西宜春某工程因涉及喀斯特地貌及古河道,设计方案未充分考虑地下水的影响,且基坑开挖过程中不当降水,导致基坑周边出现大规模沉降及裂缝,基坑被迫回填至地下水水位以上.为保证二次开挖时基坑周边环境的安全,需重新制定地下水控制方案.通过现场抽水试验测定数据,结合地勘资料,并运用Midas GTS有限元数值分析软件,推算用于数值...     

基于DIC技术的三趾马红土表面干缩裂纹扩展与自愈规律

新近系三趾马红土黏粒含量高,失水干燥易开裂形成干缩裂纹。为研究干密度对三趾马红土干燥开裂行为影响,利用自制干燥装置开展压实三趾马红土脱湿试验,并采用数字图像相关(DIC)方法分析其表面干缩裂纹扩展与自愈规律。结果表明：(1)不同初始干密度试样干燥过程中均出现开裂现象,其表面干缩裂纹演化过程可分裂纹萌生、裂纹扩展、裂纹自愈、裂纹稳定4个阶段;小干密度试样表面干缩裂纹网络展布密集均匀,而大干密度试样表面开裂以“宽大稀疏”裂纹为主;(2)试样表面应变场变化能够较好反映试样表面干缩裂纹演化过程,蓝色压应变区代表试样失水整体产生的体积收缩,红色应变条带代表试样表面受拉而产生的干缩裂隙;试样干燥过程表面蓝色压应变区不断扩大,红色拉应变条带区逐渐变小,表明表面裂纹受到试样整体收缩牵拉而产生“自愈”收缩。且干密度越小,试样干缩过程表面红色拉应变网络越密集,干缩裂纹自愈程度越高;(3)试样表面应变场变化表明各等级干缩裂纹均出现自愈现象,但主裂纹的主应变减少量最大,自愈程度最高,对试样整体裂纹自愈起主导作用;试样初始干密度越小,各等级裂纹的峰值应变越大,自愈时的应变缩减量越高,表明试样失水收缩特征越显著。...     

公路隧道穿越铁矿采空区围岩稳定性分析

近年来我国基础设施建设逐年增长,线路工程建设遇到的工况日趋复杂,采空区是公路建设中的常见问题。公路隧道工程穿过采空区施工时,将会对采空区岩层产生扰动,可能引起围岩变形失稳与崩塌,进而影响隧道施工安全与工程质量,本文针对该问题,以延崇高速拟建的玉渡山隧道穿越营门铁矿采空区段为研究对象,在结合高密度电法调查营门铁矿采空区在地下赋存状况的基础上,通过数值模拟软件量化研究了营门铁矿采空区对延崇高速公路玉渡山隧道工程的影响。研究结果表明,铁矿开采对周围岩体产生了一定程度的扰动,但围岩整体稳定性基本可以保证。但隧道开挖至采空区时将对围岩产生较大的扰动,可能导致围岩破坏,造成较大的地面沉降,因此在工程中需要采取提前注浆方法等加固采空区,减少围岩变形,为施工安全与工程质量提供保障。     

风成三趾马红土与第四纪黄土的粘土矿物组成异同及其环境意义

文章基于X射线衍射、热分析和理化分析, 对西峰三趾马红土的粘土矿物组成进行较系统研究, 并与上覆第四纪黄土和古土壤样品进行对比。结果表明, 二者的粘土矿物类型相似, 以伊利石为主, 其次是绿泥石、蒙脱石和高岭石; 但伊利石结晶度明显低于第四纪黄土, 而与发育较好的第四纪古土壤(如S4和S5)相当; 三趾马红土中的粘土矿物组成主要为碎屑成因, 成壤作用只对伊利石结晶度有明显影响。根据现代土壤粘土矿物地带性分布规律, 三趾马红土的粘土矿物组合指示了大约6Ma以来, 我国北方黄土高原地区一直处于温带半湿润-半干润的环境条件下, 以后的气候主要在此范围内波动。但伊利石结晶度的变化指示了晚中新世-上新世总体比第四纪较高的风化成壤强度, 体现了较强的夏季风效应。     

岩溶区隧道围岩--支护体系稳定性研究

岩溶是地下水地质作用的过程和结果，是隧道建设面临的不良地质现象之一。正在建设中的某高速公路隧道出口段岩溶地质作用强烈，溶隙、孔洞发育，且受构造变形及后期淋滤溶蚀作用强烈，力学强度低，岩性复杂。其角砾状粘土岩和水云母粘土岩多已泥化成粘土，遇水易膨胀。岩溶区隧道围岩——支护体系的稳定性是该隧道建设面临的主要问题。文章结合隧道施工过程中的围岩变形监控量测和三维弹塑性有限元数值仿真模拟对隧道围岩——支护体系的稳定性进行了研究。围岩水平收敛和拱顶下沉位移及速率变化特性表明，在监测时段内隧道围岩无趋于稳定的迹象。施工动态力学数值仿真模拟表明，在初期支护条件下，围岩出现了较大范围的塑性破坏区，两隧道之间(间距45．0m)围岩破坏接近度达到0．70，最大竖向位移达到3．0mm，表明隧道全断面施工时，两隧道相互作用影响程度较大。为确保隧道围岩——支护体系的稳定，选择合理的施工方法，制定切实可行的支护方案提供了信息。     

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。     

工程因素对围岩稳定性影响三维数值模拟分析

结合某地下工程实际,运用FLAC3D模拟了巷道断面形状、开挖面距离以及开挖顺序对巷道围岩稳定性的影响,并模拟了围岩深部多点位移规律。结果表明,相同围岩条件下,不同断面形状其力学效应不同,同一断面在不同围岩条件下变形不一样;围岩水平位移曲线随开挖面的距离呈S形,围岩水平最大位移主要发生在距开挖面后方 2倍巷道长径的范围内;Ⅲ级围岩深部位移影响范围约 2 .8～ 4 .3m,Ⅳ级围岩影响范围 6 .9～ 7.8m;对较大断面,分步开挖有利于围岩控制。     

基于Midas-GTS的三峡库区金鸡岭滑坡成因机制与稳定性分析

金鸡岭滑坡在暴雨后发生明显变形,通过现场勘察、钻探、物探、深部位移监测以及水平位移监测得出初步结论。为进一步查明该滑坡成因机制,通过解译现有勘察监测资料,结合Midas-GTS软件分析不同工况下滑坡的渗流场、位移场、稳定性计算,综合评价其成因机制。结果如下：（1）物探解译得出金鸡岭滑坡为岩土混合、含水滑坡,滑动面位于T2b1泥灰岩和T2b2泥岩分界线;（2）深部位移监测揭示该滑坡为浅表层土体在发生滑移,滑动面与物探解译得出的滑动面位置一致;（3）水平位移监测表明浅表分布的后梆滑坡和潘家岭滑坡变形速率较快,变形强烈;（4）数值模拟结果显示金鸡岭滑坡在现状工况下处于基本稳定状态;在排干地下水工况下处于基本稳定状态;在暴雨工况下处于欠稳定状态,可能产生整体滑移,其上的潘家岭滑坡及后梆滑坡产生土体次级滑移。（5）金鸡岭滑坡的地形地貌、地质构造、地层岩性、为滑坡的形成和发展提供了物源和场地条件,暴雨和人类工程活动作为诱发因素,进一步加剧滑坡变形。该研究成果将为三峡库区类似滑坡的成因机制与稳定性分析提供理论依据,对后期防治措施具有重要指导意义。     

大断面小净距隧道围岩稳定性数值分析 大断面小净距隧道围岩稳定性数值分析

结合小净距隧道工程特点,分别建立不同跨度小净距隧道有限元计算模型,对隧道施工过程力学特征及围岩稳定性进行对比分析,以研究三车道大断面小净距隧道区别于两车道小净距隧道的基本力学特征。分析结果表明,对应不同隧道跨度、隧道净距和围岩级别对隧道施工过程中围岩稳定性的影响有显著差别,相同隧道净距条件下,三车道小净距隧道围岩应力状态比两车道隧道差,净距越小,差别越大,而围岩质量越低,差别也越显著;另外,在质量较差的围岩中,大断面小净距隧道围岩受力最薄弱部位主要集中在岩柱雁形部,而两车道小净距隧道则为岩柱中部。研究结果可为大断面小净距隧道的设计、施工提供有益的参考。     

基坑开挖对邻近地铁隧道影响的Midas GTS三维数值模拟分析

随着城市地铁工程的高速发展,地面建筑物基坑的施工将必然会对邻近的地铁隧道造成一定的影响,运用Midas GTS三维数值模拟计算软件分析基坑开挖对邻近地铁隧道的影响,对地层自重固结、基坑开挖施工的整个过程进行模拟分析,计算的结果与实际监测数据进行对比表明,该方法对实际工程有一定的指导意义。     

武汉地铁隧道开挖引起地表沉降的数值模拟研究

城市地铁隧道开挖引起过大的地表沉降会对隧道工程本身及地表建筑物造成危害。有效预计并合理控制隧道开挖引起的地表沉降具有重要的实践意义。以武汉地铁虎名区间隧道开挖工程为背景,运用有限元数值模拟软件MIDAS/GTS建立隧道断面开挖的数值模型,计算隧道开挖引起的地表沉降量,与实测沉降量进行拟合; 根据隧道开挖过程中对应地表及临近建筑物的实际情况,优化开挖断面围岩预处理方案,建立优化后的断面开挖模型。模拟结果表明,优化后地表沉降仍在安全范围内,可以为类似工程沉降控制提供参考。     

Midas／GTS软件在边坡三维稳定分析中的应用

Midas／GTS岩土数值模拟软件具有简洁的界面、前后处理功能强大的岩土材料模型库,能满足大部分岩土体的破坏模式。建立工程边坡的三维数值模型,并对其计算分析．结果接近真实情况,且计算结果相对安全。本文采用该软件与有限元强度折减法相结合模式,对三维边坡实例的各种工况进行数值模拟,得到边坡的最大剪应变、最大剪应力出现的部位和数值大小以及边坡整体安全系数,由此确定边坡的薄弱带和潜在滑面,能客观反映边坡稳定性。     

双连拱隧道穿越破碎山体围岩稳定性数值分析

双连拱隧道开挖过程中围岩变形和应力变化情况复杂,施工难度大,有必要采取一些措施为实际施工提供技术指导,确保施工的安全。利用数值模拟方法,计算分析了南京九华山隧道穿越破碎山体的受力、变形情况,分析结果表明,开挖过程中围岩能够保持稳定,为实际施工提供了理论指导和参考,也为这类问题的研究提供了一条新的思路。     

土质隧道支护方式对围岩稳定性影响的模型试验研究

以相似理论为基础,采用砂土模拟围岩,铁丝模拟锚杆。实测隧道开挖过程中,不同洞周支护力、不同锚杆长度以及锚杆与洞周支护力共同作用下围岩应力分布、稳定性及分区的变化规律。采用有限元模拟不同锚杆长度下围岩的应力分布规律,并基于D-P屈服准则得出围岩塑性区的范围。研究结果表明,采用锚杆与洞周支护力联合支护,更能充分发挥围岩自身的承载能力。锚杆的支护长度应不小于无支护时的松动区外包半径大小。松散围岩条件下,锚杆的长度不宜小于隧洞跨度的1/5,综合支护时洞周支护力大小宜为原岩垂直应力的5%左右。对比试验与有限元模拟结果,有限元模拟所得结果相比于试验较为保守。