滑坡作用下既有隧道锚索加固的物理模型试验与数值模拟研究

工程实践中有些隧道不可避免的需要穿越滑坡变形区,在后期地质演变作用及施工扰动荷载作用下原来没有明显变形的斜坡会出现较大变形,甚至发展成滑坡,对既有隧道结构产生不同程度的病害。国内外多数学者针对隧道开挖引起的滑坡体变形影响研究较多,针对滑坡体作用下既有隧道结构的受力变形及加固措施效果研究较少。为研究山体滑坡区域既有隧道锚索加固措施下的系统力学机制,首先建立地质力学模型试验,研究不同数量锚索加固后滑坡体与隧道结构的相互作用规律,并与无锚索加固措施工况进行对比,发现增加锚索加固后滑坡体沉降、隧道弯矩、滑坡体与隧道表面接触力明显减小,而不同数量加固锚索工况下上述观测值变化不大。此外,建立了相应工况的数值模型,与物理试验结果进行了对比得到较好一致性。研究成果可为山体滑坡区域隧道锚索加固方法改进提供一定的理论依据。     

滑坡内隧道变形模式与荷载计算方法

近年来,运营期铁路隧道发生病害的比例逐年提高,其中以位于滑坡体内隧道的破坏最为严重,对铁路的安全运营造成了严重的威胁,然而我国目前对位于滑体内隧道的设计还没有形成统一的认识和标准,没有完整的计算理论。本文以隧道-滑坡中隧道穿越滑体为研究对象,从运营隧道的病害特征入手,通过对工程中的具体隧道-滑坡实例进行调查、归纳、总结,建立相应的工程地质模型。然后对该类模型在围岩压力和滑坡推力作用下的受力变形情况进行分析,将上部坡体作用于隧道上的滑坡推力与围岩压力进行叠加,得出隧道在滑坡推力作用下的受力图示和荷载计算公式,从而为滑坡地段隧道的设计提供参考。 更多还原     

用点接触模拟滑面的滑坡稳定性分析方法

结合有限元强度折减法,用点接触模拟滑面,提出了适用于已知滑裂面的滑坡稳定性分析及滑坡推力计算的数值计算方法。以滑坡体为分析对象,用切向和法向两组弹簧的弹簧力来模拟滑裂面上的剪切力和法向力;结合强度折减法和摩尔-库仑强度准则对滑面弹簧刚度进行迭代计算,求解得到了满足静力平衡的数值解。该方法避免了极限平衡条分法求解边坡稳定性时需对条间力进行诸多假设的局限,也避免了有限元强度折减法求滑坡推力时需加桩计算的不便及收敛困难等问题。新方法能计算出极限状态下滑坡体上的应力、滑裂面上的边界力和稳定性系数以及给定安全系数下滑坡体上任意截面的滑坡推力大小、作用方向和位置,具有较严格的理论基础,可为实际工程中滑坡的治理提供一定的参考。     

阳坡里隧道纵穿滑坡体段变形破坏机制与加固效应研究

以武罐高速公路阳坡里隧道为依托,深入探讨了隧道纵向穿越滑坡体情况下隧道与滑坡的相互作用机制及变形破坏模式。在理论分析的基础上提出了针对性的综合工程防治设计方案,并采用强度折减有限元法与极限平衡法对隧道穿越滑坡段的开挖加固效应进行了分析研究,对开挖加固前、后滑坡的稳定性进行了对比分析。结果表明：在隧道开挖条件下,滑坡的稳定性满足规范要求,目前该工程正在施工中,安全稳定性良好。另外,研究表明：纵穿滑坡体段的隧道结构对滑坡体来讲是一个重要的“抗滑结构体”,由于受滑坡推力作用隧道衬砌结构所受主应力发生明显偏转,当进入基岩后,随着隧道拱顶距基岩与覆盖层接触面距离的增加,衬砌所受各主应力逐渐转变为正常状态。提出的隧道纵穿滑坡段的分析思路和综合防治方案对类似工程有一定的借鉴和指导意义。     

隧道正交穿越深厚滑坡体的相互影响分析与应对措施

在我国西南山区修建公路隧道时,常常需穿越滑坡等不良地质灾害体,而其中最复杂的组合便是隧道正交穿越滑坡,这一复杂组合耦合了上覆厚度巨大的滑坡体和隧道开挖揭穿滑坡滑面两个不利条件,将会引发滑坡和隧道的强烈相互作用,从而诱发滑坡体和隧道的强烈开裂、变形。以西南山区某高速公路隧道正交穿越厚度超过60 m的老滑坡为背景,对这类隧道–滑坡体系的相互作用而引发的工程病害的机制进行了深入的分析和研究,并采用数值分析方法对坡体、隧道的应力、变形等进行了详细计算分析,同时与规范推荐的传递系数法的计算结果进行了对比分析。结果表明,数值分析方法对这种复杂体系作用下的坡体与隧道的相互影响所进行的分析更为合理,基于应力变形控制理论所确定的最终处治方案具有明显技术合理性和经济优势。目前该隧道已成功穿越滑坡体并通车,这种复杂条件下的隧道-滑坡体系的成功处治在国内外亦是非常少见的,其设计分析思路和应对措施可供今后类似工程参考和借鉴。     

滑(边)坡稳定性计算分析中的滑坡推力计算方法

滑坡推力计算一直是边坡稳定性分析、防护加固设计及滑坡治理抗滑工程设计中的核心问题。根据抗滑支挡工程结构与被加固滑坡体的力学关系,滑坡推力计算方法可概括为分离法、虚力法及结构与岩土数值耦合法。不同的计算方法得到的滑坡推力值有差异。用以上3种方法对拟设桩结构物的内力进行计算,对比分析发现,分离法及虚力法最终均需对桩侧滑坡推力分布形式进行假定,假定分布形式不同所得内力不同;数值耦合法可直接得到桩侧应力分布形式,且考虑了桩与岩土的偶合效应,计算结果较为合理,有必要进一步分析研究与推广应用。     

基于统一强度理论多层滑坡体中抗滑桩最大桩间距研究

抗滑桩是防治滑坡的重要工程措施之一,桩间距是抗滑桩设计中的一个重要参数。已有的桩间距研究主要是针对单层均质滑坡,但实际工程中多数滑坡体是多层的,因此对多层滑坡体抗滑桩桩间距的研究就显得尤为重要。在研究多层滑坡体中的抗滑桩最大桩间距时,在确定滑坡体中的最危险滑体后,考虑多层滑体相互作用,运用滑坡推力分布函数及土体抗力分布函数对最危险滑体进行了受力分析,基于统一强度理论对最危险滑体的平衡条件与土拱强度条件进行了研究,推导出了抗滑桩最大桩间距方程。最后对2个实例进行了计算,计算实例1说明了该计算方法在计算多层滑坡体中最大桩间距时,计算结果偏于安全,计算实例2厚坝滑坡验证了运用滑坡推力分布函数使最大桩间距计算结果更合理。     

隧道-洞口滑坡体系受力特征及变形模式

随着我国高速铁路在西部地区的大规模建设,隧道在线路中所占的比例越来越高,洞口隧道在滑坡作用下产生的病害越来越严重。然而,我国目前在隧道-洞口滑坡体系设计中没有可供参考的受力变形模式,因此本文以隧道-洞口滑坡为研究对象,通过对云南功东高速公路中隧道-滑坡工程实例的总结及工程地质模型的建立,对滑坡推力作用下的隧道变形模式进行研究,得到如下结论:(1)将隧道-洞口滑坡分为与滑面相交和下穿滑体两种模式,与滑面相交的隧道直接受到剩余滑坡推力的作用,而下穿滑体的隧道主要承受附加荷载的影响;(2)位于滑体内隧道承受围岩压力、滑坡推力和岩土抗力的作用,可将洞口有刚性支撑的隧道-滑坡结构简化为简支梁,无刚性支撑作用下的隧道-滑坡结构简化为悬臂梁;(3)下穿滑体隧道在附加荷载的影响下,拱部承受多余的压力而受到偏压作用,拱顶形成受拉区域,出现拉张裂缝。     

重庆开县安坪滑坡稳定性计算及敏感性分析

开县安坪滑坡属于土质滑坡,根据地表变形情况、斜坡坡向、基岩面倾向,再结合滑床形态,将滑坡划分为H1滑坡和H2滑坡。近年来,每年雨季滑坡体受降雨影响,坡体上滑塌变形,区内学校、居民房屋变形严重,对居民的生命财产安全已构成严重威胁。基于安坪滑坡体特征及宏观分析,使用极限平衡理论中的传递系数法对安坪滑坡H1区和H2区整体及H1区局部的稳定性进行定量计算。并通过地质勘察结果对计算参数进行取值,计算滑坡的稳定性系数Fs。结果表明:安坪滑坡整体处于稳定状态;H1区局部的1号次级剪出口在工况2稳定系数为1.098,处于基本稳定状态,应做敏感性分析。对滑坡稳定性进行敏感性分析发现:c、φ值均与稳定性系数之间存在明显的线性关系;通过定量比较分析可得φ值较c值对滑稳定系数影响更大,能为滑坡的治理和监测提供重要的指导意义。     

多层滑带滑坡抗滑桩桩后推力分布计算方法研究

多层滑带滑坡演化过程具有多级滑体相对运动、应力非连续性特点,由于不同层滑体间的相对运动,多层滑带滑坡内的推力分布形式往往比较复杂,亟需提出针对多层滑带滑坡的抗滑桩桩后推力分布计算方法。本文采用水平极限平衡法对多层滑带滑坡进行分析,根据水平微段极限平衡状态下的受力分析,可计算抗滑桩桩后每层滑体内的滑坡推力。在分析竖直方向的受力平衡时,需要考虑不同层滑体向下的受力传递,从而导致滑坡推力分布函数在滑带处存在突变。据此推导出了多层滑带滑坡的抗滑桩桩后推力分布函数,并通过数值模拟进行了工程案例验算分析,验算结果表明了该方法的可靠性。本文提出的多层滑带滑坡抗滑桩桩后推力分布计算方法,为多层滑带滑坡的防治理论提供了一定的参考。     

静压沉桩引起邻近隧道水平位移计算方法研究

静压沉桩过程中会产生强烈的挤土效应,使得桩周土及邻近的地下电缆隧道产生扰动变形,如果变形过大,可能破坏隧道的防水结构,造成隧道渗漏水,严重影响隧道的正常使用及安全。在圆柱孔扩张理论及基床系数法的基础上,研究了饱和软土地区静压沉桩作用下周边地层及邻近既有电缆隧道应力及水平位移的理论计算方法;考虑群桩效应,推导了单排群桩施工造成邻近既有电缆隧道水平位移的理论计算方法,并研究了群桩效应影响系数的取值范围;最后,开展了实际工程的理论计算和数值模拟。研究结果表明：提出的方法可方便计算出单桩及单排群桩施工造成的邻近既有电缆隧道的水平位移,计算结果与数值模拟结果吻合性良好。研究可为有邻近桩基施工时电缆隧道的扰动预测及保护提供参考。     

基坑开挖引起下卧隧道隆起变形的实测数据分析

在上跨隧道的基坑工程中基坑开挖常引起下卧隧道发生结构变形,限制隧道的隆起变形成为基坑施工控制的关键。详细介绍了该类工程的特点,包括交叉形式、隧道变形特点、常见控制措施等,对近期国内发生的39例类似工程进行分类总结,分析了隧道纵向最大隆起变形与各影响因素间的关系,并提出了隧道最大隆起变形的预测模型。结果表明,该类工程中工程地质对隧道的隆起变形影响较大,工程地质条件越差隧道的隆起变形越难控制;开挖深度、基坑面积、基坑形状同样是影响隧道隆起变形的重要因素,基坑开挖面积及深度越大,形状越不规则,隧道的隆起变形越大;在软土地区,当基坑开挖面积及深度较大时设置抗拔桩能显著减小隧道的最大隆起变形。     

滑坡地段隧道变形机理的模型试验研究

通过室内地质力学模型试验,研究了滑坡地段坡体变形与隧道的相互作用机理、围岩和衬砌压力的变化规律以及坡体和隧道的变形特征,着重研究了滑带土浸水软化及发生蠕变时坡体变形与隧道的相互作用关系。本文的成果可为该类病害的预测预报和有效整治提供科学依据。     

简化Bishop法的剩余下滑推力计算方法研究

简化Bishop法是评价圆弧形滑动面滑坡稳定性的"严格"方法,计算方法简便、精确,已有相关学者研究了其严格性,但却没有与之相适应的滑坡剩余下滑推力解析法,给滑坡（边坡）的综合治理带来了一定困难。本文从简化Bishop法计算原理出发,考虑坡体自重、外力、水平地震力、滑动面处的孔隙水压力等,利用力多边形法则,得到了两类简化Bishop法剩余下滑推力分析模型,即:Ⅰ型（T_i ≥ 0）和Ⅱ型（T_i < 0）;针对两类模型推导出了第i-1条块的下滑推力,然后,使F_i-1参与到第i条块的力多边形受力模型中,从上往下逐条块计算下滑推力,进而推导出条块i的剩余下滑推力解析计算公式。该解析法与传递系数法隐式解所计算的剩余下滑推力进行比较,总体上呈现出简化Bishop法剩余下滑推力高于传递系数法隐式解,两者的剩余下滑推力差值随着安全储备的增大而减小,且该解析法适用于安全储备要求较高的滑坡（边坡）,该解析法为圆弧形滑动面滑坡（边坡）治理设计提供了一定的理论依据。     

Simplified method for evaluating the response of existing tunnel induced by adjacent excavation

Adjacent excavation may have a negative influence on the existing tunnel underneath. Thus, it is important to evaluate the response of the tunnel due to adjacent excavation. However, there is little report about using the Kerr foundation model to simulate the tunnel-soil interaction. Meanwhile, the Timoshenko beam, which can take the tunnel shearing effect into consideration, is more suitable to estimate the behavior of the tunnel. To simulate the interaction between soil and tunnel, the existing tunnel is simplified as a Timoshenko beam lying on the Kerr foundation model, and a simplified theoretical method is proposed to calculate the response of the existing tunnel induced by adjacent excavation. The proposed method is validated by two field case studies. Results indicate that the predictions given by the proposed method show great agreement with field measurements and it is more accurate to evaluate the tunnel-soil interaction compared with the previous method. The further parametric study shows that the relative position between excavation and tunnel, the ground Young's modulus, the depth of existing tunnel centerline, and length and width of excavation are both significant factors governing the tunnel response induced by adjacent excavation, while the influence of tunnel shear stiffness and skew between tunnel and excavation are slight. The proposed method can be applied to predict the potential risk of existing tunnels induced by adjacent excavation in relevant engineering projects.