盾构隧道开挖面稳定的可靠度研究

目前,盾构隧道开挖面稳定性评价方法均是确定性方法。为了考虑土体参数的变异性,提出用可靠方法来评价其稳定程度。采用数值模拟方法,研究了隧道开挖面极限支护压力。基于BP神经网络预测大量给定地层参数工况下的开挖面极限支护压力,对其进行统计,得其概率分布特征。在理论分析的基础上,结合工程实际,探讨了盾构施工土压力的确定原理。建立了隧道开挖面稳定的极限状态方程,对其进行了可靠度分析。该研究除能够科学、合理地评价开挖面的稳定程度外,对于盾构施工过程中合理地设定开挖面支护压力也具有一定的参考作用。     

深埋盾构隧道开挖面三维对数螺旋破坏模式的上限分析

相对于盾构隧道施工的大量需求与快速发展的状况,国内在盾构工法特别是大型深埋盾构隧道施工技术和理论研究方面还存在不足,特别是水压条件下深埋盾构隧道开挖面稳定问题。基于极限分析上限法和水土压力统一参数,对考虑水压影响的均质土深埋隧道开挖面稳定性计算方法进行研究,建立了考虑水压影响的深埋盾构隧道开挖面三维对数螺旋破坏模式模型,并推导了其极限支护压力计算公式。然后利用土层厚度加权平均法,可将上述方法应用于多层土深埋盾构隧道开挖面稳定性的评价中。最后,以上海长江盾构隧道实际工程为例,采用本文推导的极限分析上限三维对数螺旋破坏模式方法计算并分析其极限支护压力,并将计算结果与前人研究和规范方法计算的结果进行对比分析。通过该研究可改进与完善水压条件下深埋盾构隧道极限支护压力确定方法,从而为考虑水压条件下盾构隧道施工支护压力的合理确定提供理论依据。     

考虑渗流的盾构隧道开挖面稳定性分析

通过工程实例,应用VB6.0与FLAC3D软件集成可视化系统,考虑水的渗流效应和不考虑水的渗流效应两种情况,对盾构隧道开挖面的稳定性进行分析。根据稳定性理论,确定开挖面支护压力在进行微小变化时,中心点水平位移发生突变时的支护压力为极限支护压力,得到了两种情况下开挖面的极限支护压力、应力场、位移场和塑性区的变化。结果表明:开挖面失稳的极限支护压力等于作用于开挖面有效支护压力和渗透力的总和,考虑渗流的开挖面极限支护压力大于不考虑渗流的极限支护压力,渗流力构成了总支护力的主要部分;由于孔隙水压力的影响,考虑渗流效应的隧道开挖面应力小于不考虑渗流效应时的应力,其位移和塑性区却大于不考虑渗流作用的位移和塑性区;考虑渗流情况下开挖面的稳定性比不考虑渗流情况要差。同时与实测资料比较,验证了软件系统的合理和有效性,为设计和施工时开挖面支护压力的施加提供了一定的指导依据。     

砂土地层浅埋盾构隧道开挖渗流稳定性的模型试验和计算研究

针对浅埋盾构隧道开挖渗流对开挖面支护压力和地层失稳模式的影响问题,考虑盾构机开挖仓渣土孔隙水压力和面板及开口率的作用,设计制作了水下地层浅埋盾构隧道的开挖渗流模型并建立了附近地层沉降的量测采集系统。在不同的稳态渗流条件下,逐渐加大盾构隧道开挖仓的进土量,量测开挖面水土压力和孔隙水压力以及附近地层沉降,并配合进行了数值模拟和极限平衡计算分析。研究发现:开挖面有效土压力随开挖体积损失的增加而降低,达到极限值后保持不变;维持开挖面稳定的必要支护压力与可以容许的地层失稳范围有关,开挖面的极限有效土压力与地层的极限失稳范围相对应,是最小的必要支护压力。渗流会使开挖面的极限有效土压力增大,与开挖面-地表之间的水头差大致呈线性关系。渗流会使开挖面前方地层的极限失稳范围增大,但对后方地层极限失稳范围的影响不大;对于开挖面-地表相对水头差较小(小于或等于0.33)的情况,渗流主要起到增大地层沉降量的作用,地层的极限失稳范围只是略有增大;对于相对水头差较大(大于0.33并小于1.00)的情况,渗流主要起到增大地层极限失稳范围的作用,而地层最大沉降量有所减小;对于相对水头差很大(大于或等于1.00)的情况,...     

破碎岩体浅埋大跨公路隧道开挖方案对比研究

三车道高速公路隧道通常跨度较大、高跨比较小属于大跨扁平隧道。这种结构型式对围岩稳定和结构受力均产生不利影响,因此施工中有必要通过开挖方案比选确定合理的开挖方法。江苏省宁波-常州高速公路茅山东隧道为上下行分离式双向6车道浅埋大跨扁平隧道。对于破碎的Ⅳ级围岩,针对设计阶段拟采用CRD法和实际施工采用下断面左右分部台阶法的开挖方案在设计支护条件下的三维数值模拟,从理论上分析了下断面左右分部台阶法是可行的。与实际施工过程的监控量测结果进行对比分析,进一步证实了实际开挖方案的合理性。研究成果可以为同类工程的设计与施工提供理论参考。     

砂土地层中不同支护模式下盾构隧道开挖面稳定性研究

防止盾构隧道开挖面失稳的关键是合理设置不同盾构支护平衡模式下的支护压应力。在改进的筒仓楔形体模型计算方法得出的开挖面松动土体对刀盘压力呈近似呈抛物线分布的基础上,研究了气压支护模式、泥水支护模式和土压支护模式下,盾构隧道开挖面分别在地下水位以上和地下水位以下时开挖面的稳定性,研究结果表明:有效支护应力均匀分布时,除粘土开挖面下部失稳外,其余土体均为开挖面中下部失稳;有效支护压应力呈上小下大的梯形分布时,除软粘土开挖面下部失稳外,其余土体均为开挖面上部失稳;有效支护应力呈上大下小的梯形分布时,所有土体开挖面均为下部失稳;在气压、泥水和土压平衡支护模式下,开挖面在未到达筒仓楔形体模型所假设的开挖面整体失稳前,开挖面已经发生了局部失稳,采用筒仓楔形体模型确定的极限稳定支护力是不安全的。最后给出了开挖面松动土体对刀盘压应力公式中计算参数的无量纲化图,以方便实际工程运用。      

非均质地基中平面应变隧道开挖面稳定上限分析

非均质是软黏土地基中比较普遍的现象,而目前隧道开挖面稳定研究中比较成熟的理论主要是针对均质土体。因此,从塑性极限分析上限法的基本原理出发,采用平面应变隧道刚体平动破坏模式(多块体上限法),考虑软黏土地基的非均质性,推导了平面应变隧道极限支护压力关于隧道埋深、土体重度及土体强度的上限公式。通过与其他方法的比较分析,证明了极限分析方法在隧道开挖面稳定性方面的可行性;利用该方法的计算结果详细探讨了隧道开挖面稳定的影响因素;而且由计算结果可知,地基土的非均质性在影响隧道开挖面极限支护压力的同时,也影响着隧道开挖破坏面的位置和形状,为工程实践提供重要的理论依据。     

考虑渗流条件下开挖面失稳离心试验研究

当土压平衡盾构穿越高水位地层（如穿越江河）时,地下水与土舱之间的高水压差会产生过大的渗透力,导致开挖面失稳。为了研究渗流条件下开挖面失稳问题,开发了一套隧道离心模型试验装置,主要包括刚性模型箱、模型盾构、开挖面伺服加载系统、水位控制系统、储水箱。针对饱和砂质粉土地层,开展了一系列不同水位高度的稳态渗流开挖面失稳模型试验。结果显示,开挖面失稳过程中随着开挖面位移的增加,有效支护压力迅速下降;在达到最小值 之后缓慢回升并趋于稳定;极限有效支护压力 与水头压力 呈线性关系。     

压力舱土体改良对盾构开挖面稳定影响研究

在渗透性大且富含地下水的砂砾地层中进行土压平衡式盾构施工,切削下来的土体具有渗透系数大、流动性差的特点,由于地下水的渗透使压力舱内支护土压力不能有效地施加到开挖面。通过压力舱土体改良技术,降低土体渗透性和提高土体的流动性是改善压力舱土体状态和提高支护土压力的重要措施。利用能够考虑大变形破坏的快速拉格朗日有限差分计算程序研究了压力舱土体改良效果对开挖面稳定性的影响,分析了压力舱土体渗透系数的降低对开挖面支护压力的影响关系,为土压平衡式盾构施工开挖面支护压力的确定提供参考。     

考虑渗流的多层土盾构隧道开挖面稳定性分析

将传统模式的均匀土层稳定性分析的楔形体模型扩展到渗流作用下多层土盾构隧道开挖面的稳定性分析中,楔形体是由梯形组成的,每一个梯形对应一层土层,利用太沙基有效松动土压力理论和上限定理,推导了渗流作用下盾构穿越多层土的隧道开挖面极限支护压力的计算公式。极限支护压力等于作用于开挖面有效支护压力和渗透力的总和,其中有效支护压力用极限平衡来计算,渗流力采用水头分布的数值方法计算获得的。计算结果发现,渗透力构成了总支护压力的主要部分,分析结果和工程实测数据是一致的。     

大跨度公路隧道开挖过程三维模拟研究

采用FLAC-3D程序,对大跨度公路隧道的开挖全过程进行了三维模拟,给出了隧道开挖不同阶段的围岩应力、变形、塑性区的分布状态,据此对隧道稳定性进行评价.通过开挖过程的三维数值模拟,可了解大跨度隧道围岩应力分布、支护受力状态,剖析施工过程对围岩稳定的影响,从而为合理调整支护参数和措施,提供重要依据和参考.     

青海省五龙沟矿区坑道钻探硐室围岩稳定性分析

以青海省都兰县五龙沟整装勘查矿区黑石沟矿段48线HSNCM48-1钻孔为例,应用FLAC3D数值模拟软件模拟硐室开挖变形情况,根据模拟结果确定支护措施和监控点位置。对硐室开挖支护前后竖向位移、水平位移、总位移和塑性区的数值模拟结果进行对比分析;对监控点开挖支护前后用多点位移计测量位移的真实值和用FLAC3D数值模拟软件计算的模拟值分别进行对比分析。通过计算对比分析可以得到,运用数值模拟软件模拟的硐室围岩变形情况,对分析硐室的位移场、确定支护措施等具有十分重要的指导意义。     

梅子沟联拱隧道中导洞锚喷支护FLAC模拟研究

梅子沟联拱隧道处于复杂的浅埋地层环境中,其穿越地层多数为强风化与全风化地层.根据联拱隧道动态设计施工的实质内容和新奥法施工原理,采用三维有限元差分法(FLAC)对梅子沟隧道中导洞锚喷支护设计进行了力学响应动态模拟,并分析了锚喷支护机理以及围岩体应力场和位移变形状况,由此提出了联拱隧道合理的施工工序.     

浅埋暗挖管棚超前预支护的受力分析

以荷载-结构分析为主,将管棚作为弹性地基梁考虑,而将上部覆土单纯作为荷载考虑,结合一般管棚预支护作用下的地下工程开挖过程,根据经典的Winkler模型初参数解,全面动态分析开挖过程中管棚各段的受力过程,提出了开挖过程中管棚全段的计算方程。以某一地下通道开挖为例,通过解析计算和有限差分数值模拟两种方法比对,得出了与工程经验较一致的结果,对管棚法施工及设计具有一定的参考意义。     

城市地铁深基坑开挖实测与数值模拟分析

城市地铁施工中由于周边环境复杂,基坑开挖引起的土层扰动,可能会造成建筑物及地下管线破坏,甚至引起基坑失稳。以某地铁深基坑工程为背景,借助FLAC3D,建立了基坑开挖计算模型。现场实测与模型计算结果表明,计算值和实测值基本吻合,采用的计算模型可以近似模拟实际开挖过程。通过改变模型参数,研究了围护桩刚度、锚索倾角及锚索位置对围护体系受力和变形的影响,得出一些有益的结论,为保证城市深基坑开挖周边环境及围护结构安全,提供一定的参考。     

基于FLAC^3D的黄土边坡稳定性分析

根据FLAC^3D的特点和基本原理,结合黄土边坡的变形特点,研究某典型黄土-基岩边坡的变形破坏过程,分析边坡分步开挖坡体应力和位移的变化规律,研究表明：边坡坡脚开挖,对于边坡的整体稳定性影响较为严重,很有可能引发边坡破坏;随着开挖的进行,坡体主要位移逐渐转变为水平位移,且开挖后应力在坡脚处集中。依据对边坡开挖过程中位移和应力的分析,表明随着每一级土体的开挖,边坡位移迅速增大,因此控制开挖过程中坡体位移是边坡开挖工程中重要工作,应采取对边坡坡面和坡脚加固的措施,以缓解坡脚应力集中,减小和避免坡体位移。     

某水电站解放沟左岸反倾高边坡蓄水稳定性分析

主要研究了在水库蓄水后某一反倾高边坡的稳定性问题。采用FLAC3D软件计算和分析不同蓄水位下的边坡稳定性,得到较理想的结果。结果表明,蓄水条件下边坡的整体稳定性,主要是变形稳定性问题;按解放沟左岸边坡实际的风化状态进行赋值,在任何蓄水位下,边坡整体上是稳定的;边坡在蓄水条件下的整体稳定性对岩体力学参数比较敏感;边坡整体是稳定的。     

真三轴试验中的端部摩擦效应分析

端部摩擦效应是三轴试验的常见问题之一。相对于常规三轴试验,由于在茂木式真三轴试验中方形试样4个端部需设置两对端部垫块,从而导致端部摩擦问题更加突出。运用FLAC3D,针对Mohr-Coulomb材料,即无中间主应力影响材料,模拟真三轴加载过程中端部摩擦对试样强度和变形行为的影响。计算结果表明,端部摩擦也可以产生虚假中间主应力效应,即使对于无中间主应力效应材料,中间主应力也会导致最大破坏主应力的增加,且摩擦系数越大,这种趋势则越明显。分析了端部摩擦产生这种趋势的原因,指出了真三轴试验中减小端部摩擦的重要性。     

FLAC3D在滑坡稳定性分析评价中的应用

本文以高治村滑坡为例,论述了FLAC3D在滑坡稳定性分析评价中的应用。作者首先介绍了FLAC3D的基本原理和主要流程,然后采用摩尔-库伦模型,对高治村滑坡在天然状态和暴雨状态下的变形和位移情况进行了数值模拟,模拟结果直观地显示了该坡体在上述两种状态下的塑性变形及水平方向位移的分布特征,清楚地显示了坡体内潜在的滑动面。文章根据数值模拟结果,对该滑坡的稳定性进行了分析和评价,对该滑坡的变形和破坏形式进行了研究和探讨。通过对该坡体的塑性变形与位移情况分析认为,该滑坡在天然状态下基本稳定;在连续高强度降雨状态下欠稳定,局部失稳滑塌的可能性很大,这与现场调查分析的结果一致。这个结果表明,利用FLAC3D进行滑坡稳定性分析和评价简单、可行,且更加直观、方便,具有传统极限平衡法所无法比拟的优势。     

上下台阶开挖下城门形隧洞纵向变形规律分析

隧洞纵向变形规律曲线能有效地反映洞壁围岩变形随掌子面推进的演化过程,然而,原有适用于圆形隧洞全断面开挖的纵向变形规律公式是否适用于城门形隧洞分部开挖,尚需进行进一步的验证。本文借助于FLAC3D软件对城门形隧洞上下台阶分部开挖下的纵向变形规律进行了研究,并对不同初始地应力条件、不同围岩类型下该规律的变化进行了深入分析,提出了确定该规律的经验公式,并与紫坪铺工程导流隧洞现场监测数据进行了对比,研究发现:上下台阶开挖下的纵向变形规律曲线与全断面开挖具有相似的形状,但是掌子面处的位移比ur(0)/ur∞存在较大差异;当侧压力系数大于1.0时,变化水平应力对边墙测点的纵向变形规律曲线影响较小;采用平面应变模型并结合本文提出的经验公式可对城门形隧洞上下台阶开挖下的纵向变形规律曲线进行预测。工程实例验证表明,采用经验公式计算所得曲线与监测数据比较吻合。利用本文经验公式能简便、较准确地预测围岩变形规律,结合监测数据进而可对隧洞总变形进行初步预测。 更多还原