围岩自调节成拱特性的实验与数值分析

本文在围岩应力分析的基础上,通过物理实验模拟和数值计算,分析了由于隧道开挖后应力变化引起的围岩自调节成拱的特性及相关影响因素作用下的压力拱成拱规律。在本文中,将压力拱内边界距洞口的距离和拱体厚度作为判定压力拱成拱和评价围岩稳定的参数。当内边界靠近隧道洞口,围岩基本稳定; 压力拱的厚度小意味着需要较少的岩体来承担拱体自身和其上岩体的荷载。在此基础上,运用平面应变相似模拟实验模拟隧道开挖过程,对开挖过程中洞口周围应力升高区进行了观察和分析,明确了压力拱的成拱,以及随着距离洞口越近变形增加的幅度越大等现象。运用数值分析发现,随着节理的间距的减小,压力拱内边界靠近洞口,压力拱厚度增大; 在2组节理围岩中,节理倾角分别为30和60时,成拱最不利; 而节理的黏结强度对压力拱成拱的影响程度与节理摩擦角的大小相关联,摩擦角大于20时,节理黏结强度对压力拱成拱影响甚微。     

隧道围岩内地下水渗流边界效应影响研究

根据水位条件、施工工艺和防排水设计原则将隧道渗流计算围岩透水边界条件大致划分为4种类型,并分析了不同透水边界条件适应的施工工况。基于复变函数理论和保角映射方法,推导得出4种透水边界条件下隧道围岩内任一点孔隙水压力和隧道涌水量解析计算公式,通过与数值解的对比,印证了解析解的准确性。在此基础上,根据不同透水边界条件下隧道涌水量和围岩关键点孔隙水压力随埋深直径比（ ）的变化规律,分析了透水边界条件的变化对浅埋隧道和深埋隧道的影响,并探讨了浅埋水下隧道渗流计算中透水边界条件的选取。相关结论与认识对于隧道渗流计算和排水设计具有一定的指导作用和参考价值。     

3孔小间距浅埋暗挖隧道地表沉降控制技术研究

通过模型试验对软弱围岩下3孔小间距浅埋暗挖隧道的地表沉降控制技术进行了深入研究。结果表明：不同的预加固强度、开挖进尺,对隧道的地表沉降、围岩压力、洞周位移都有很大影响。     

地层渐进成拱对浅埋隧道上覆土压力影响研究

砂土及完整性较差、黏聚强度较小的破碎岩体中,浅埋隧道地层拱作用机制随地层变形发展而变化,受此影响隧道松动土压力也相应变化。常规方法忽略了地层拱不同阶段力学机制的不同,同时未考虑剪切面转动与大主应力旋转之间的相互关系,因此,不能解决浅埋隧道地层能否成拱、地层拱何时贯通至地表以及地层拱发展对隧道松动土压力影响等问题。针对这一情况,提出渐进地层拱力学模型以反映不同阶段地层拱的力学机制;其次,同时考虑主应力旋转、剪切面转动及二者相互关系,确定拱内土体应力分布;随后,优化了传统主应力偏转与地层差异沉降间的数学模型。在此基础上确定了渐进地层拱对隧道松动土压力的影响。改进方法结果与传统方法结果及试验结果的对比验证了改进方法的有效性与适用性。通过参数分析研究了隧道初始松动压力、随地层变形发展的松动压力以及地层拱贯通至地表时的极限变形等关键参数。最后,对下北山超大跨浅埋隧道的研究说明了改进方法的实用性。结论显示：（1）初始松动压力为初始松动区内土体重力,初始松动区范围不受覆跨比影响,而受地层强度影响,随内摩擦角增加而减小;（2）最大拱效应阶段以后,松动土压力随地层变形发展而增加,深埋、小跨度隧道（ ）增长速率较慢,反之较快;（3）极限变形随覆跨比、内摩擦角增加而增加,深埋、小跨度隧道地层拱效应更明显;（4）对于下北山隧道,初始地层拱存在,初始松动土压力为0.37 ,极限松动土压力为0.41 ,最终松动土压力为0.54 ,隧道变形应控制在5.7%以下避免地层拱贯通至地表。     

隧道浅埋段施工过程监测技术

隧道浅埋段施工过程中围岩变形复杂,选取隧道拱顶竖向位移为研究对象,分析隧道浅埋段围岩竖向位移的监测方法,在阿拉坦隧道进行了实地监测,并建立有限元数值计算模型,分析隧道浅埋段围岩变形规律。结果表明:在0.6倍洞径范围内开挖对拱顶围岩竖向位移影响较大,达到总位移的61%~67%;与75 m范围内竖向位移比较,距离隧道中心1.2倍洞径处竖向位移几乎为零,围岩松动圈已延伸至地表,离隧道中心线越远扰动强度越弱。数值计算得出岩层及地表变化规律与现场实测基本一致。     

基于温度场时空分布特征的寒区隧道冻胀模型

寒区隧道冻胀力随时间和隧道进深呈三维时空分布,为建立描述冻胀力时空效应的简化模型,首先以某寒区隧道温度场测试成果为基础,建立了三维温度场模型,通过Stephen公式得到围岩冻结深度变化规律,以围岩冻结深度为参数,结合冻融圈整体冻胀模型和风化层冻胀模型建立了新的冻胀模型。分析结果表明：围岩冻结深度受温度场影响呈三维时空分布,随隧道进深逐渐减小,随时间呈弦函数变化;考虑风化层和破碎层建立冻胀模型,当冻结深度小于风化层厚度时,冻胀力只由风化层产生,冻结深度大于风化层厚度时,冻胀力由风化层和扰动层叠加产生;冻胀力时空分布规律与围岩冻结深度变化规律一致。     

浅埋偏压软岩隧道数值模拟及方案比选

围岩的应力应变是分析隧道开挖中围岩稳定性的重要依据。目前比较成熟的隧道施工力学方法主要是对隧道开挖过程进行数值模拟。通过大型有限元软件ANSYS,计算了不同埋深、不同坡度角、不同覆盖层厚度条件下,马鞍形浅埋偏压软岩隧道围岩的应力应变,分析其规律并进行方案比选,确定了此类隧道比较合理的设计方案。分析结果表明：以2倍洞径的埋深作为偏压隧道深埋或浅埋的判断依据是合理的;在保证围岩稳定不发生片帮冒顶的前提下,减小埋深和覆盖层厚度是比较合理的;隧道内壁各点的应力应变规律可以为隧道开挖中支护结构参数的选取提供参考。     

隧道地表高压旋喷加固的浆液渗透范围计算方法

由于隧道浅埋段软弱围岩地表高压旋喷加固后具有整体性好、强度高及渗透性低等优点,已被逐渐应用于实际工程,但高压旋喷浆液的渗透范围受到孔隙率、渗透路径及施工参数的影响难以确定。通过考虑岩土体性质、浆液流体力学特性及渗透路径等因素影响,基于圆孔扩张理论,建立浆液渗透范围的平面分析模型,推导出高压旋喷浆液的径向渗透范围计算公式,分析其适用范围及参数取值方法;结合现场开挖验证理论计算公式的可靠性,探讨影响浆液渗透范围的主控因素。研究表明：理论计算与现场实测的浆液渗透径向范围分别为成桩半径的0.630倍、0.618倍,两者相差仅2%,能较好地体现隧道浅埋段软弱围岩特性及各施工参数的影响;随岩土体孔隙率、浆液水灰比、旋喷压力的增大以及迂曲度的减小,浆液渗透范围呈增大的变化规律。该方法可为隧道软弱围岩地表高压旋喷加固的桩间距及桩径设计、加固效果评价等提供理论参考。     

水平地震力作用下浅埋偏压隧道围岩压力的简化理论分析

考虑到传统浅埋偏压隧道围岩压力的分析仅以计算摩擦角体现围岩材料特性,没有将内摩擦角和黏聚力作为独立参数分开研究,基于规范法,提出水平地震作用下独立考虑黏聚力的浅埋偏压隧道围岩压力的简化解析分析方法,获得隧道顶部竖直围岩压力、隧道两侧水平侧压力以及滑动面破裂角的理论表达式,并对影响顶部竖直围岩压力、水平侧压力和破裂角的因素进行了研究。结果表明,竖直围岩压力与滑裂面摩擦角、地面倾角呈正相关,与水平地震效应系数、滑裂面黏聚力呈负相关;滑裂面内摩擦角、黏聚力、地面倾角越大,破裂角越大,水平地震加速度系数越大,破裂角越小;水平侧压力随滑裂面内摩擦角和黏聚力的增大而减小,随水平地震效应系数和地面倾角的增大而增大。研究成果可为浅埋偏压隧道的围岩应力计算提供一定的理论依据。     

水平地震力作用下浅埋偏压隧道围岩压力的简化理论分析EI北大核心CSCD

考虑到传统浅埋偏压隧道围岩压力的分析仅以计算摩擦角体现围岩材料特性,没有将内摩擦角和黏聚力作为独立参数分开研究,基于规范法,提出水平地震作用下独立考虑黏聚力的浅埋偏压隧道围岩压力的简化解析分析方法,获得隧道顶部竖直围岩压力、隧道两侧水平侧压力以及滑动面破裂角的理论表达式,并对影响顶部竖直围岩压力、水平侧压力和破裂角的因素进行了研究。结果表明,竖直围岩压力与滑裂面摩擦角、地面倾角呈正相关,与水平地震效应系数、滑裂面黏聚力呈负相关;滑裂面内摩擦角、黏聚力、地面倾角越大,破裂角越大,水平地震加速度系数越大,破裂角越小;水平侧压力随滑裂面内摩擦角和黏聚力的增大而减小,随水平地震效应系数和地面倾角的增大而增大。研究成果可为浅埋偏压隧道的围岩应力计算提供一定的理论依据。     

软岩浅埋隧道施工工法比选

目前在高速公路软岩浅埋隧道施工中均不同程度地出现了围岩坍塌、地表产生大面积沉降等问题。广福隧道某浅埋段,地质条件复杂,断面大、岩性差,受构造影响比较严重,而且顶板厚度比较薄,易发生坍塌、冒顶现象。为确保浅埋段隧道的施工安全,尽量减少隧道开挖引起的地层沉降和围岩变形,采用FLAC3D对4种施工工法全断面法、短台阶法、单侧壁导坑法和双侧壁导坑法进行模拟,分析了4种工法下地表沉降、隧道围岩周边位移和塑性区的变化特点,选出一种技术可行、经济合理的施工工法,得出一些有意义的结论。     

均质岩体中隧道围岩破坏过程的试验与数值模拟

采用模型试验与离散元模拟的方法,对均质岩体中隧道开挖后围岩的变形破坏过程进行了研究,并对围岩变形破坏过程中围岩应力及地表位移的变化规律进行了分析,模型试验结果与数值模拟结果取得了较好的一致性。研究结果表明：隧道开挖后,拱顶处围岩变形明显并出现裂缝,围岩破坏从拱顶开始,进而呈渐进式向上发展,最终形成稳定的塌落拱;开挖后,隧道围岩径向应力减小,隧道周边一定范围内围岩切向应力减小,且随隧道变形破坏的发展,围岩切向应力减小的区域逐渐扩大;隧道塌方后,拱底垂直应力增加,开挖结束至塌方开始期间地表位移增量最大,塌方期间地表位移增量最小。     

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。     

复杂层状岩层隧道塌方原因分析与加固后信息化施工技术

关口垭隧道右洞Yk73+955～Yk73+925段在施工过程中出现塌方,从层状岩层分布、偏压和雨水侵蚀作用以及前期地质勘测欠准确等方面分析塌方原因,结合工程具体情况,比较分析超前小导管和长大管棚处理方案的优缺点,选择超前小导管预注浆辅以工字钢处理塌方区,在处理段增设监测断面,通过监测隧道的收敛位移和拱顶下沉量以及钢拱架的内力反映隧道围岩的稳定状况,量测结果表明,在一定时间内围岩达到稳定,表明采用超前小导管预注浆方法处理隧道塌方区效果良好。     

渝湘高速公路正阳隧道塌方治理方案研究

塌方一直是我国隧道建设领域研究的热点问题。从施工过程中冒顶塌方形成经过、产生塌方原因入手,对渝湘高速公路正阳隧道一次塌方事故提出治理方案,认为岩隙渗水作用于覆盖层较薄、渗透性强的松散破碎地段使隧道上方岩土体的自稳能力恶化;通过坍口设置截水沟及多种形式注浆技术,及时加固坍塌体,封堵岩隙渗水。方案效果良好,具有一定借鉴意义。     

柱状节理玄武岩隧洞破坏模式及其力学机制模拟

柱状节理岩体由于其内部赋存大量的隐节理面,开挖卸荷后极易出现隐节理面开裂松弛等特征,导致其破坏模式异于一般岩体。其破坏模式主要受到异常发育的节理面和较高地应力的共同作用影响。由于柱状节理岩体节理面发育,岩体结构控制型破坏占主要部分,包括单临空面节理面滑移（塌方）、多临空面节理面滑移（塌方）、与错动带、断层等弱面相组合的坍塌等破坏模式;应力控制型破坏主要为河谷侧顶拱喷层开裂;应力-结构面型破坏主要为岩性交界处的节理岩体塌落等。柱状节理岩体表层主要发生柱内竖直隐节理面和柱间节理面的拉破坏,而围岩内部的柱状节理主要发生柱间节理面的剪切破坏。因此,现场柱状节理的支护也应主要包括两个方面：以喷射混凝土钢纤维来阻止柱状节理岩体表层的张性开裂,以系统锚杆来控制柱状节理岩体内部的剪切破坏。     

软弱围岩隧道洞口段失稳机制分析与处置技术

隧道洞口围岩大多为软弱围岩,加之浅埋、偏压等不良地质地形因素的影响,洞口施工过程中易发生边仰坡的滑塌。厦蓉高速公路水都线的瑞坡隧道在进洞后不久就发生围岩失稳,致使仰坡开裂滑塌和洞内支护变形很大。利用FLAC3D软件模拟了隧道施工全过程,从围岩塑性区分布以及位移情况结合现场实际状况分析了隧道仰坡坍塌和支护变形发生的原因,并通过数值模拟优化了CRD法的开挖工序。最后参考数值分析结果结合工程实际提出了有效的治理措施,得到的结论可供今后类似工程参考与借鉴。     

隧道围岩强度不均地段塌方成因及其处理方法

由于地质构造作用以及风化作用,工程场地岩体中多存在围岩强度不均地段.在隧道施工过程中就经常遇到软硬岩石交汇而形成的地质条件复杂地段;给隧道的施工带来了很多不利情况,并且也是导致隧道塌方的原因之一.2006年1月,承德韩郭线二级公路工程,喇嘛梁隧道软硬岩石交汇地段由于地下水作用导致围岩风化程度不均,产生软弱结构面并造成了大面积塌方.基于现场的追踪调查与考察,本文详细描述了利用拱顶架设工字钢梁并配合超前注浆小导管的支护方法来处理这类围岩.     

煤矿采掘工作面覆岩观测孔施工技术应用——以山西省黄岩汇井田15100采掘工作面为例

以山西省黄岩汇井田15100采掘工作面所施工的两个“三带”观测孔为例,介绍了通过冒落带角、导水裂缝角和导水裂缝带的计算来确定钻孔位置的基本方法。针对覆岩观测孔的施工难点,提出了相应的应对措施,并详细说明了GC-2观测孔施工中出现的各种问题及解决方法。认为钻孔冲洗液法是目前煤矿取得“三带”数据较为精确的方法,根据钻孔冲洗液漏失量的大小及覆岩的开裂情况,对“三带”进行了划分：在钻进中覆岩一般开裂,冲洗液漏失量小于1L/（s·m）为弯曲带;钻进中覆岩严重开裂,冲洗液漏失量大于1.0L/（s·m）为导水裂缝带;钻进中覆岩出现掉钻,冲洗液漏失量大于1.0L/（s·m）为冒落带。