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     

偏压软弱围岩隧道开挖顺序比较研究

针对偏压软弱围岩隧道预留核心土法不同开挖顺序造成围岩不同变形量的问题,结合洞头山工程实例,运用现场监控量测结合MIDAS数值模拟的方法,分析比较偏压软弱围岩隧道在不同开挖顺序下各阶段围岩位移变形量。研究表明:开挖顺序的改变能够有效减小隧道各部围岩变形量,且减小程度从大到小的岩体位置依次为浅埋拱腰处、浅埋拱脚处、深埋拱腰处、深埋拱脚与拱顶;拱浅埋侧最大主应力明显减小。因此对于偏压软弱围岩隧道先开挖深埋侧比先开挖浅埋侧更为安全合理。研究成果为隧道信息化施工提供依据,也为洞头山及具有类似地质地形情况的隧道施工提供借鉴与指导。     

复杂地质条件下偏压连拱隧道中隔墙变形与受力特征

中隔墙是连拱隧道的重要构件,施工期间的受力及变形规律十分复杂,如何保护中隔墙免受偏压影响是连拱隧道施工中的重要课题。以富溪连拱隧道进口偏压段施工为背景,通过对施工过程的三维数值模拟,对偏压、软弱破碎围岩条件下中隔墙受力及变形规律进行了分析。结果表明,施工期间中隔墙会受到十分明显的偏压作用而朝浅埋侧摆动,地形偏压导致中隔墙中上部朝隧道浅埋侧变形,两侧隧道的错距开挖则会引起中隔墙左右小幅摆动;中隔墙晚接顶能有效改善中隔墙的受力状态,减小偏压影响。据此制定了有效防偏措施,实践证明效果良好。     

偏压连拱隧道施工的动态模拟及最优化分析

建立了偏压连拱隧道的3D有限元模型,对不同施工工况进行了数值模拟,并与现场监测资料进行比较,通过分析拱顶沉降、中隔墙的位移和应力、围岩的塑性区分布、初衬和二衬应力的变化规律,对偏压连拱隧道施工进行最优化设计,以此得出了最优施工步距、开挖顺序、断面开挖形式、左右两洞开挖面的最佳施工间距,对类似连拱偏压隧道的施工有重要的理论和实际指导意义。     

偏压连拱隧道优化施工的研究

针对多数连拱隧道修建中存在浅埋地形偏压结构受力状况,结合金丽温高速公路二期工程20多座隧道实际情况,选取有一定代表性浅埋地形偏压覆土厚度,对不同坡度1：1～1：1.5情况下（Ⅱ类取7种、Ⅲ类取3种）偏压连拱隧道结构受力及围岩屈服破坏等进行了施工步骤优化研究。结果表明,一般情况下,连拱隧道施工存在两种偏压效应：一种是因地形偏压引起,称之为“地形偏压”;而另一种则因连拱隧道的分部施工所引起,称之为“施工偏压”。这两种偏压有明确作用方向,产生结果也不相同。对连拱隧道左右洞,按“先外后里”工序施工,能够利用“施工偏压”来部分程度地“抵消”因地形偏压产生的结构偏压受力的不利情况。因此,采用“先外后里”工序施工,实为浅埋偏压情况下连拱隧道最优施工工序。     

双连拱隧道施工监测及数值模拟研究

以张石高速JK-2合同段岔道2#双连拱隧道工程为背景,通过现场埋设多源传感器构建的监测信息平台,结合回归分析方法及高置信度关系模型等参数反馈信息,对获取数据进行提取、融合和态势分析,得到了浅埋偏压连拱隧道在施工开挖过程中围岩应力、位移、变形、塑性区和支护结构等动态变化规律;对监测过程出现的各种异常现象及产生原因进行深入分析与研究,客观描述了围岩的稳定性状与支护效果。同时,采用有限元软件以实际地形等高线为参照,建立仿真三维模型对隧道施工开挖进行数值模拟,比较采用不同施工方案对隧道整体结构及支护的影响。针对原浅埋、偏压连拱隧道施工方案提出优化建议,修正优化开挖方案和支护设计,对目前同类特征隧道施工具有借鉴指导意义     

浅埋偏压连拱隧道的施工优化及支护受力特征分析

用岩土工程专用分析程序FLAC3D,对铜黄高速公路汤屯段富溪浅埋偏压连拱隧道进口段采用的施工过程进行了三维快速拉格朗日差分方法分析,比较了先开挖浅埋侧主洞与先开挖深埋侧主洞两种开挖施工顺序,获得了浅埋偏压连拱隧道在采用不同开挖顺序施工时各阶段隧道变形、中隔墙及支护结构的应力和位移等变化情况,通过对比、分析,从而使得实际隧道施工顺序得到优化,结果与现场监控量测资料相比较,得出的结论可为富溪浅埋偏压连拱隧道施工提供科学依据与技术指导。     

连拱隧道施工对洞口仰坡影响的三维数值分析

以江西某高速公路一浅埋偏压连拱隧道为例,采用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.从施工过程中的应力集中、塑性区的分布形态和发展规律、仰坡轴向地表位移的分布特征等方面,系统研究了偏压连拱隧道施工对强风化岩体洞口仰坡的影响作用机制.结果表明:在模拟施工过程中塑性区和应力集中区只出现在洞体附近,可能的仰坡失稳往往是隧道施工失稳的累进性响应;洞口仰坡的轴向水平位移前缘大、后缘小,垂直位移后缘大、前缘小;隧道上方和近山脊一侧仰坡位移比近山谷一侧大,仰坡失稳往往从隧道上方和埋深较大一侧开始.     

浅埋偏压隧道洞口施工技术及稳定性分析研究

龙潭隧道是沪－蓉高速公路工程的控制性工程。地质条件复杂,集浅埋、偏压、涌水、涌泥、岩爆等地质问题于一身,是典型的复杂条件下的长大公路隧道。隧道洞口段处在浅埋偏压段时,施工难度相当大。从隧道开挖与支护的安全性出发,论述了浅埋偏压隧道的设计与施工情况。以右线出洞口为例,采用三维快速拉格朗日差分法(FLAC3D),对其施工开挖过程及支护进行了模拟。通过对开挖支护后围岩的应力场、位移场及塑性区特征的分析,得出了一些建设性的结论,对工程的施工具有指导意义。     

浅埋连拱隧道中隔墙地基受力变形及注浆加固研究

为研究浅埋连拱隧道中隔墙地基受力变形特征及基底注浆加固方法,依托云南省某拟建高速公路连拱隧道,采用MIDAS/GTS软件进行数值模拟计算和分析。研究结果表明:(1)在围岩较好、埋深较小时中隔墙基底压力分布随施工过程由“马鞍形”分布逐渐变为“钟形”分布,最大基底压力出现在先行洞衬砌浇筑后右侧墙趾处,中隔墙地基总体上处于隆起变形状态;(2)在围岩较差或埋深较大时中隔墙基底压力分布呈“马鞍形”分布,最大基底压力出现在后行洞二衬浇筑后中间偏右处,中隔墙地基总体上处于沉降变形状态;(3)通过数值分析得到不同埋深、地质条件下的连拱隧道中隔墙地基需要满足的承载力,并结合现行规范及前人研究成果,提出了中隔墙岩石地基加固前后地基承载力计算方法。研究成果可为连拱隧道的设计和施工提供参考。     

基于有限元的动力稳定性评价方法与应用——以王家墩古滑坡为例

天水市秦安县王家墩滑坡为宝兰客专沿线巨型古滑坡群,秦安隧道穿其而过。笔者以王家墩古滑坡为研究对象,围绕其工程中静、动力抗滑稳定问题,通过室内试验对影响王家墩古滑坡稳定性的地质构造、场地工程条件等内在因素进行分析评价,在此基础上通过有限元动力分析,对王家墩古滑坡在地震载荷下的动力响应进行分析,明确王家墩古滑坡稳定的影响因素、地震荷载与滑坡失稳破坏间的关系。采用动力有限元法和强度折减法结合的方法,开展动力抗滑稳定分析方法研究。分析结果表明,地震作用时的水平推力对古滑坡的稳定性有很大影响,表现为上部坡体的整体滑移和隧道入口段黄土堆积层局部失稳滑塌,采用位移突变的方法来确定边坡动力失稳及动力安全系数。     

铁路隧道衬砌欠厚返修施工应力分析

因施工过程中各种原因导致的铁路隧道二衬欠厚缺陷,考虑其作用,根据现行规范,当既有缺陷混凝土衬砌厚度小于设计厚度的70%以上时需要返修补强处理。为保证衬砌返修施工过程中结构稳定,施工安全,需确定一次性返修凿除衬砌的范围,除施工中通常采用的工程类比确定凿除面积的方法外,可通过数值及解析计算方法确定。通过对隧道自稳定性较差的非层状Ⅳ级及Ⅴ级围岩衬砌进行解析计算,并采用GTS岩土有限元2D模型进行数值模拟,获得了衬砌结构在拱顶凿除不同范围工况下其受力特征及结构安全系数。分析及计算结果表明衬砌结构在拱顶开窗处、侧墙及底脚是应力较大部位,且拱顶衬砌产生拉应力作用区。对于Ⅳ级围岩,在不考虑钢筋作用条件下,拱顶开窗面积2 m2时,衬砌结构稳定;对于Ⅴ级围岩,考虑衬砌配筋条件下在拱顶一次性凿除面积2m2时,衬砌结构也是安全的。     

浅埋双连拱隧道围岩边坡体系变形机理及稳定性分析

双连拱隧道是一种新的隧道形式, 由于其整体跨度大、结构复杂、施工工序繁琐, 在地形偏压、地质条件复杂的情况下修建双连拱隧道难度较高, 尤其在洞口段容易出现衬砌开裂、边坡变形等一系列工程问题。结合安徽铜黄高速公路汤屯段富溪隧道进口段工程, 采用地质条件研究与数值模拟分析相结合的研究手段, 对复杂地质条件下偏压双连拱隧道围岩① 边坡体系在施工过程中应力应变发展过程进行了研究。综合分析表明, 富溪隧道进口段处于F5断层影响带内, 岩体呈碎裂结构,同时, 受到地形偏压影响, 隧道开挖后衬砌和围岩表现为沉降变形和侧向变形, 进口边坡在隧道围岩变形的诱导下, 表现为蠕滑- 拉裂变形破裂。根据以上研究成果, 提出了富溪隧道变形治理应以控制进口段隧道拱顶的变形为主。     

大瑞铁路高黎贡山越岭段主要工程地质问题与地质选线

在野外地质调查、钻探、地应力测量和室内测试分析的基础上,对大瑞铁路高黎贡山越岭段规划设计中可能遇到的高地温、高地应力、活动断裂断错、岩爆、涌水突泥、软岩大变形和边坡稳定性等主要工程地质问题进行了论述,认为高地温和热害是制约高黎贡山深埋隧道段建设的关键因素。根据地热钻探、测试资料分析,该区的地热分布受断裂构造控制明显,黄草坝断裂具有阻水隔热的工程地质特性。对比分析认为,C12K方案(34.5 km越岭长隧道方案)位于黄草坝阻水隔热断层之南,通道内相对低温,且在隧道口处避让了古滑坡等不利工程地质问题,在众多比选方案中工程地质条件较好。调查研究结果对大瑞铁路全线贯通具有重要意义。     

穿越古滑坡川主寺隧道施工地质问题及整治措施

由于在勘察设计阶段对地质条件的认识不足,或者因改善公路线型的要求,穿越大型古滑坡体的隧道工程难以避免。川主寺隧道即是一个穿越了大型古滑坡体的公路隧道。文章以该隧道赋存的地质条件为基础,初步讨论了古滑坡的基本特征,通过现场调研分析了穿越该古滑坡隧道建设中出现的洞口滑坡以及碎裂围岩坍塌等地质问题。并提出相应的整治措施。其研究成果对于穿越古滑坡隧道的修建具有重要的指导意义。     

金丽温高速公路连拱隧道超挖预测及原因分析

通过对金丽温高速公路连拱隧道的地质特征进行现场调查,经分析得出隧道区岩体结构面的特征参数,利用分析出的结构面特征参数值,结合隧道超挖预测中的神经网络理论及结构面网络模拟理论,对连拱隧道的超挖情况进行预测。从分析结果看,超挖问题在连拱隧道的施工过程中不可避免,其产生部位主要集中在中导洞与隧道的连接部位,通过预测得出的结果与现场开挖情况进行对比分析说明,隧道的超挖预测理论预测结果与实际有较好的一致性,文中最后针对隧道的特点,分析了产生超挖的基本原因,为确保隧道开挖过程中减少超挖提供依据。     

隧道洞口滑坡稳定性分析与防治措施

受工程地质条件、水文地质条件及人为因素等的影响,公路隧道洞口施工过程中易发生洞口滑坡。综合连霍国道主干线宝鸡天水高速公路码头隧道洞口滑坡的形成特点、工程地质及水文地质特征,采用非线性有限元法对该洞口滑坡进行了分析,探讨了变形和塑性区分布特征,得到了滑面位置,提出了加固治理方案,为今后类似工程提供参考与借鉴。     

沙阡水电站下坝址左岸古滑坡体稳定性分析

沙阡水电站在上、中、下3个坝址勘察比选中,发现下坝址左岸平行岸坡分布有两条宽大裂缝,为一座大型的古滑坡体,该滑坡体稳定性,不但直接影响该坝址的成立,还关系到其他坝址工程建设的问题。通过对古滑坡体周界、地质特征的勘察,对其成因、变形机制进行研究和稳定分析计算,并建立地质模型,采用FLAC3D分析系统作三维数值模拟,对古滑坡体的稳定性作出评价,为坝址的比选提供了可靠的地质依据。     

双连拱隧道围岩变形有限元与BP神经网络耦合分析

以浙江金(华)-丽(水)-温(州)高速公路永嘉鹿城段的红枫双连拱隧道为工程背景,建立了基于神经网络的连拱隧道围岩变形预测模型.利用施工过程中左洞量测的围岩变形进行反分析,确定出围岩的力学特性参数,再通过数值分析方法对隧道右洞围岩变形和稳定性做出合理的评价和符合实际的预测,从而更有效地对支护参数和施工方法进行反馈设计.通过预测值与实际监测值的比较可以看出,其预测精度满足岩土工程的要求,具有一定的工程意义.     

隧道施工期洞身段滑坡的超前地质预报

针对隧道施工期洞身段的滑坡超前地质预报, 以某高速公路某座隧道为例进行技术探讨, 介绍了隧道工程概况及滑坡区域基本工程地质条件。采用地质法中的趋势外推法、地质雷达波反射法、超前钻孔法, 对滑坡在隧道穿越区的延伸、规模、物质组成、工程和物理力学特性及其与隧道的空间位置关系进行了分析预测。得出了超前地质预报的综合评判结论, 减小甚至规避了单一方法的缺陷, 并提出了针对性的施工处治思路。实践证明本隧道洞身段滑坡超前地质预报是成功的, 对类似工程具有一定的参考价值。