不同地质条件下隧道洞口仰坡地震破坏特性研究

针对洞口段均质围岩仰坡、含软弱夹层仰坡和桁架梁加固仰坡围岩3种工况,开展大型振动台模型试验,分析隧道洞口段仰坡模型土破坏形态。试验结果表明,均质边坡洞口段模型土在动力作用下坡肩土体先出现张拉裂缝,随着激振加速度增加,坡肩土体局部出现倾倒崩塌,最后沿坡面滑落堆积;含软弱夹层边坡在地震力作用下,仰坡坡脚部位土体挤压破碎,坡顶表面沿软弱夹层位置出现张拉裂缝,上覆土体沿软弱夹层滑动,最后土体大规模崩塌、滑落;洞口段加固边坡在动力作用下基本保持整体稳定,只部分梁格出现了局部的掉块,模型土顶部出现沿隧道轴向的细微裂缝。分析了隧道洞口段衬砌结构破坏形态,试验结果表明均质边坡洞口段AB两段衬砌模型裂缝分布较CD段复杂,认为洞口段地震影响深度为AB两段衬砌的长度,对应于实际工程中40 m;受软弱夹层影响,跨软弱夹层部衬砌模型裂缝形态较复杂;仰坡加固后,洞口段衬砌模型受力改善。研究结果可为山岭隧道洞口段边坡抗减震研究和设计提供参考。     

双洞隧道洞口段抗减震模型试验研究

为了解隧道衬砌在地震过程中的动态响应以及减震层在地震过程中对隧道及围岩边坡安全性能的影响,针对双洞隧道洞口段进行室内抗减震模型试验研究。模型试验按有（无）减震层分成2组进行对比。试验结果表明：(1) 设置减震层对围岩破坏的形式没有影响,只能在破坏程度上有所减轻;(2) 减震层的设置对模型中的动应力分布情况有较大影响,并能够在一定程度上减小作用在衬砌上的作用力;(3) 有错距的双洞隧道中,长里程隧道洞身在包含短里程隧道洞口的横截平面附近受力状态复杂,减震层的加入有利于减轻其破坏程度。     

基于黄土隧道洞口浅埋段的Peck公式修正

黄土隧道洞口施工地表沉降开裂影响施工安全,以往采用Peck公式进行研究,存在预测精度等问题。为更准确地预测黄土隧道洞口浅埋段地表沉降,以临夏-大河家高速公路胡林家隧道为例,基于进口段实测数据,采用线性回归法对Peck公式进行优化。引入最大沉降量S_max修正系数α、降槽宽度i的修正系数β和隧道开挖进尺对最大沉降量影响的系数α₁,确定修正系数得出Peck修正公式。基于洞口浅埋段开挖进尺与最大沉降间的影响关系,发现埋深对S_max修正系数与沉降槽宽度的作用规律,构建黄土隧道洞口浅埋段施工参数对地表沉降关系模型。实测数据样本点分布在修正后的Peck公式上下限之间,修正后的Peck公式误差减少,对临夏等地区黄土隧道洞口浅埋段的适用性较好。     

强震区隧道洞口段边坡动力响应特征离心振动台试验

强震后隧道震害调查表明,隧道洞口段的震害破坏尤其严重,需进一步加强隧道洞口段边坡动力响应方面的研究。本文以汶川地震灾区典型隧道洞口边坡为例,通过大型离心振动台试验,研究隧道洞口段边坡在强震作用下的动力响应特征及规律。试验研究表明：（1）在边坡坡面和坡内的加速度放大均具有显著的高程效应;隧道拱顶的加速度放大系数大于隧道其它部位;越靠近隧道洞口的加速度放大效应越明显。（2）不同振幅下,坡体的加速度放大效应均十分显著,并且低振幅下的加速度响应大于高振幅下的加速度响应。（3）在维持0.25g振动加速度下,不同离心荷载等级下的坡体加速度放大系数均大于2.0;但随着离心荷载的增大,加速度放大系数增长很小。（4）随着边坡高程的增大,动土压力总体呈线性降低,在相对高程0.48处（即隧道拱顶）的动土压力响应系数最大。研究成果能为强震区隧道洞口段的抗减震设计和相关研究提供借鉴。     

强震区隧道洞口段边坡动力响应特征离心振动台试验

强震后隧道震害调查表明,隧道洞口段的震害破坏尤其严重,需进一步加强隧道洞口段边坡动力响应方面的研究。以汶川地震灾区典型隧道洞口边坡为例,通过大型离心振动台试验,研究隧道洞口段边坡在强震作用下的动力响应特征及规律。试验研究表明:(1)在边坡坡面和坡内的加速度放大均具有显著的高程效应;隧道拱顶的加速度放大系数大于隧道其他部位;越靠近隧道洞口的加速度放大效应越明显。(2)不同振幅下坡体的加速度放大效应均十分显著,并且低振幅下的加速度响应大于高振幅下的加速度响应。(3)在维持0.25g振动加速度下不同离心荷载等级下的坡体加速度放大系数均大于2.0;但随着离心荷载的增大,加速度放大系数增长很小。(4)随着边坡高程的增大,动土压力总体呈线性降低,在相对高程为0.48时(即隧道拱顶),其动土压力响应系数最大。研究成果能为强震区隧道洞口段的抗减震设计和相关研究提供借鉴。     

双层车站密贴下穿既有隧道案例分析及隧道沉降变形特征

长春地铁1号线卫星广场站下穿轻轨3号线工程中,下穿段负一层顶板与轻轨隧道底板密贴接触,形成"叠合板结构"。施工中,先注浆加固下穿段土体,然后采用六导洞PBA法配合千斤顶顶升支撑修建下穿段,具体方法为:于1^#+4^#导洞冠梁上布置液压千斤顶,对上层板形成两端临时支撑;再于3^#+5^#、2^#+4^#导洞内各施作一组钢管混凝土立柱及纵梁,对下层板形成永久支撑,纵梁兼做负一层顶板。然后逐步移除千斤顶、拆除导洞初支、浇筑负一层顶板,实现上下层板密贴;最后修建剩余下穿段结构。为评估施工对轻轨隧道的影响,建立数值模型验算轻轨隧道底板弯矩,结果为安全;数值结果表明,底板沉降经历了先下沉、后抬升、再下沉的复杂过程,最终沉降曲线为单凹槽状。实测数据表明:沉降曲线可划分为振荡型、掉落型两种;曲线类型与测点位置有很大关系,震荡型曲线测点位于下穿段两端,掉落型曲线测点位于下穿段中部,分别受千斤顶、5^#及6^#导洞开挖控制;底板中线最终沉降为单凹槽状,最大沉降量与数值结果相符;变形缝差异沉降在千斤顶作用下一直处于可控状态。     

正削式隧道门围岩和衬砌应力计算及设计方法研究

对无明显墙式结构的正削式隧道门,现行规范没有现成的设计方法及结构检算模式。采用三维有限元数值分析方法,针对两种在洞口段的不同施工方法（明挖工法和暗挖工法）,对隧道门洞口段的力学特性及设计方法进行了研究。研究结果表明：洞口段长度取42 m进行整体设计比较合理;在洞口28 m范围内的浅埋段,拱顶围岩压力随着埋深的增大而逐渐增加,且暗挖工法产生的围岩压力最大,铁路规范计算结果次之,明挖工法产生的压力最小;采用明挖工法施工时,在纵向上,洞口段42 m范围内衬砌拱顶表现出纵梁弯曲特征,部分仰拱处于弯拉状态,内力呈空间效应,均需要对横、纵向内力进行结构检算;采用暗挖工法施工时,只需进行横向内力检算即可。在成洞条件允许的情况下,建议使用暗挖工法进行隧道洞口段施工,可有效改善隧道洞口段结构受力。     

岩质高边坡偏压隧道洞口段施工现场监控量测与地质灾害预报

针对京珠国道高速公路旦架哨隧道右线珠海端岩质高边坡偏压隧道洞口段施工与支护现场监控量测，主要采用围岩应力量测分析成果，同时结合洞口明挖段边坡的观测以及隧道洞口段边墙地质观测成功地对地质灾害进行预报，及时有效地指导了对隧道进行的支护与加固，避免了地质灾害     

不同仰坡度数的山岭隧道洞口段动力响应振动台试验研究

首先介绍试验装置、模型相似比、试验模型箱等,然后对围岩与隧道结构的加速度响应、衬砌的位移和应变响应以及仰坡坡面的破坏情况进行分析。分析表明,由于洞口临空面的存在,隧道洞口处会出现加速度和位移的放大效应,不同的仰坡角度下均符合该特性,但随着仰坡坡度的增加,放大效应会逐渐减弱。在振动过程中衬砌横断面承受循环的拉压荷载作用,两侧的拱肩和拱脚位置出现较大的地震附加弯矩,受力特性与仰坡坡度无关,但地震附加弯矩会随着覆土厚度和结构惯性力的增加而增大;随着仰坡坡度的增加,结构与围岩在洞口处的相互作用会逐渐减弱,仰坡坡面的破坏形式分别为坡面的局部崩塌、衬砌顶部的大面积滑塌和坡顶的高位滑塌,均为浅层破坏,但坡面坍塌围岩会不同程度的掩埋洞口,对隧道的正常使用造成严重的影响,故应对洞口仰坡进行重点设防。分析结果对于合理认识山岭隧道洞口段地震响应特征具有积极作用,可供隧道实际工程设计和施工的抗震设防参考。     

厦蓉高速公路某隧道洞口段开挖对仰坡变形影响的数值分析

针对一座浅埋偏压隧道,采用FLAC3D对该隧道进口段进洞开挖进行动态施工三维数值模拟。基于围岩应力分布特征,仰坡坡面轴向和横向位移的变化特征,分析了偏压浅埋隧道洞口段开挖引起的仰坡变形规律。计算结果揭示：仰坡后缘下沉,前缘向洞心外有移动趋势;隧道开挖引起隧洞洞身附近岩体出现较大应力集中和变形现象,洞口段洞身以上仰坡坡面主要以竖向沉降为主,洞身两侧向洞内挤压。在此基础上提出了保证仰坡稳定和安全进洞的一些建议。     

隧道洞口段位于滑坡体上的处治方法

隧道洞口段选址在滑坡体上的现象较为常见。以玉园隧道为工程实例,阐述了隧道洞口段滑坡地质灾害的成因及防治方法,通过数值计算针对性地提出该滑坡的应急处治措施。计算结果表明现有变形体为牵引式变形,卸载方案不利于其稳定,进而提出抗滑桩+降水、抗滑桩+旋喷桩2种方案,探讨2种处治方案的比较与选择,为类似的工程提供经验。     

库岸再造对雅泸高速公路岗子上隧道进口岸坡的影响

雅泸高速公路青杠咀特大桥泸沽岸桥台与岗子上隧道进口衔接段位于大渡河右岸上部冰积扇上,由于瀑布沟水电站的蓄水将使岸坡前缘约1/4部分没于水下。对整个岸坡影响较大的岩土体主要是由上-中更新统冰积、冰水沉积层组成的冰水堆积物,这类岩土体在水的作用下,其物理力学性质和强度将会发生显著变化,弱化工程性状,从而影响岸坡的稳定性及桥台布置。可以预见,对岸坡起主要影响作用的外部条件就是水的作用,库岸再造将是影响岸坡稳定性的控制性因素。本文以岗子上隧道进口岸坡为研究对象,通过对岸坡工程地质条件、岩土体结构及物理力学特性、岸坡影响因素的分析,深入研究了瀑布沟电站水库蓄水后引起的库岸再造对岸坡稳定性的影响。并采用卡丘金法、两段法(多段法)、极限平衡分析法对库岸再造影响宽度进行预测。3种方法的预测结果表明:瀑布沟电站蓄水后该段岸坡各个不同部位均会产生不同程度的塌岸破坏。根据该库岸岸坡的结构特点和3种方法的适用条件,提出对库岸岸坡不同梯段需要采用不同的预测方法综合预测,即对于水下岸坡可按两段法预测,而对于水上岸坡可综合考虑卡丘金法和极限平衡法的计算结果。对于类似库岸岸坡的稳定性分析具有一定的指导意义。     

西山隧道施工中的地质灾害及其防治实践

总结了萧山市西山隧道施工过程中 ,采用管棚、侧壁导洞、边坡预裂爆破、超声波测试及先锚后灌中空锚杆等一系新技术、新工艺 ,在特扁平、多功能城市隧道施工中成功地解决了高岭土断层塌方、高边坡坍塌、洞口滑坡等地质灾害问题的经验 ,阐明了地质灾害对隧道施工的影响。     

某交通线路色季拉山隧道高地应力岩爆风险定量预测研究

岩爆是在高地应力区域中进行地下隧道建设时所面对的主要风险之一,具有突发性、高危害性等特点。实现岩爆的破坏程度定量化预测,对高地应力区域地下工程的设计与施工具有重要的指导意义。本文通过收集大量国内外典型岩爆隧道的特征参数并进行统计分析,建立了一种能够预测最大爆坑深度的岩爆风险量化预测模型,同时结合室内力学试验、岩体强度损伤准则和地应力场多元线性回归反演等理论和方法,对新建某交通线路色季拉山隧道岩爆风险进行了定量化预测,并与国内巴玉隧道岩爆风险进行相似工程案例对比分析。得出以下结论:(1)本文根据岩爆隧道应力强度比与爆坑深度之间线性统计关系所建立的岩爆预测模型,可实现岩爆风险的量化预测及评估。(2)色季拉山隧道地应力场受构造作用控制明显,同时,全线地应力普遍较高,加之隧道沿线硬岩段落占比大且岩爆倾向性高,高地应力岩爆风险突出。(3)预测色季拉山隧道中等以上等级岩爆风险段落可达12 188 m,占隧道全长的32.1%,岩爆将主要发生在弱风化花岗岩、闪长岩以及埋深较大的片麻岩段落中。(4)色季拉山隧道预测最大爆坑深度为3.42 m,小于已贯通的巴玉隧道实测最大爆坑深度(3.5 m),在合理的防控措施下可认为色季拉山隧道的岩爆风险总体可控。     

永平铜矿石微生物槽浸初步实验研究

以永平铜矿石为研究对象，通过有菌与无菌对比实验，研究了微生物槽浸铜过程中主要技术参数(Fe^3 ，Fe^2 ,pH，Eh，Cu)的变化规律。在此基础上，评价了永平铜矿微生物槽浸铜的可行性。     

天水第三系泥岩地球化学特性研究——以梁家山隧道开挖岩样为例

天水地区第三系地层属于西秦岭甘肃群,梁家山隧道洞身穿越天水盆地第三系泥岩,为确定隧道围岩的地质特性,进行了泥岩样品的地球化学成分与矿物成分测试。将梁家山隧道泥岩的测试结果与天水秦安县下山剖面泥岩的结果进行对比分析和相关分析。结果表明:二者之间存在较好的相关性,能够描述梁家山隧道泥岩的地层岩性、区域地质背景及其演化等工程地质特性,为进一步研究天水盆地的物质组成、风化特征、沉积环境和构造背景提供依据。同时也为利用隧道工程修建研究相关地学问题提供范例和基础数据。     

复杂山区深埋隧道软岩大变形机理研究——以杨家坪隧道为例

杨家坪隧道施工过程中,软岩大变形不同程度地造成边墙内挤侵限、初期支护和二次衬砌严重变形破坏。为了揭示杨家坪隧道软岩大变形的成因机制,综合工程地质勘察、现场监控量测、室内岩石力学试验、数值模拟和微观分析等手段对其进行综合研究。现场监测结果显示发生大变形的区段与隧道渗水有关,室内物理力学试验表明,千枚岩的纵波波速随浸泡时间变化衰减了2.04%～5.85%,当充分浸泡28 d后,其单轴抗压强度和弹性模量与天然状态相比分别降低了59.56%和69.68%,说明千枚岩遇水后结构产生了损伤劣化。通过X射线衍射进行矿物成分检测,进一步分析了水岩作用造成隧道围岩强度降低的微观原因。根据现场地应力测试及初始地应力场反演分析可知,杨家坪隧道轴线92.08%的区域处于高到极高地应力状态。此外,高陡倾薄层状千枚岩地层的工程力学特性,以及水和千枚岩的相互耦合作用是杨家坪隧道围岩大变形的主要原因。     

Atmospheric boundary layer simulation in a short wind tunnel

This paper presents the design, computational analysis and experimental study of passive device configurations which utilized in the Ankara Wind Tunnel to simulate the atmospheric boundary layer within the test section. The study here is part of a joint project between the Aerospace and Civil Engineering Departments at Middle East Technical University, which involves testing of high-rise building models in the Ankara Wind Tunnel. The design consists of spires and rows of cubical surface roughness elements at the inlet. The preliminary computational analysis shows that the current design may provide the desired boundary layer thickness at about 4.0 m downstream of the test section inlet, which leaves enough room for the building models to be placed in the test section. This study also helps obtaining a preliminary understanding of the boundary layer development and reducing the tunnel operation time and cost during the actual experimentation phase. At the end, experimental results show acceptable results of this study.     

Model test and stress distribution law of unsymmetrical loading tunnel in bedding rock mass

The exit section of Duck River Tunnel owns characteristics of bedding geology and unsymmetrical loading terrain. A centrifugal model test concerning the destruction process of Duck River Tunnel is conducted. Test results are concluded as follows: The surrounding rock at the bottom of the right sidewall is the first to be destroyed; the fracture planes in surrounding rock on both left and right side lead to the ground surface; the rupture angles are different from homogenous rock mass. Results of numerical model are consistent with the test results. For doing some comparative study, numerical models of homogeneous and bedding rock mass are respectively established. Conclusions are summarized from numerical analysis as follows: The stress distribution law of bedding surrounding rock is basically similar with that of homogeneous surrounding rock, while the stress value of bedding surrounding rock is larger than that of homogeneous rock. Meanwhile, the surrounding rock stress of the structural plane increases or decreases by leaps and bounds, and the stress intensity at the bottom of right sidewall is the highest as well as the surrounding rock, there is also the most easily destructible, which is the same as the test result. The research results have significant reference value to similar projects.     

厦门海底隧道类土质围岩水土作用研究

以厦门海底隧道工程为例,通过室内试验研究了类土质围岩在水中的崩解情况,分析了崩解量与时间的关系,讨论了土样的均匀性、密实程度对崩解的影响;从水土作用方面分析了隧道掌子面局部失稳的原因。研究成果表明：土样的崩解与土体颗粒组成、密实程度有关,颗粒细且均匀、密实的土样崩解曲线呈3个阶段;不均匀或较松散的土样在17 min内崩解基本完成,均匀致密的类土质围岩遇水发生完全崩解的时间较长,最长可达3 h以上;水对围岩的软化及崩解作用,将降低围岩的稳定性及自支撑能力,因此,施工过程中必须加强排水工作并及时支护。