大断面黄土隧道衬砌结构受力变形特征研究

本文结合工程实例对大断面黄土隧道中初期支护与二次衬砌的受力变形特征进行了分析研究。大断面黄土隧道在初期支护中变形具有突变性、变形量大、变形持续时间长等特征,应当及时进行二次衬砌,以防围岩变形破坏。大断面黄土隧道围岩压力在初期支护施工初期快速增大,施工结束七天左右逐渐稳定。大断面黄土隧道二次衬砌施工结束12 h左右各部位接触压力均出现突然增大的现象,这可能与台车模板可提供的反向作用力有关;接触压力由拱顶向拱脚逐渐增大,拱顶接触压力极小,可能该处混凝土未浇筑密实。     

隧道衬砌结构计算中两种计算图式的探讨

用荷载结构模型计算隧道衬砌内力,常用的模型是在局部变形理论基础上的弹性地基梁图式和弹性支承链杆图式.本文对以上两种计算图式编制了有限元程序,比较了用这两种方法计算的衬砌内力之间的差别并总结了这两种方法的适用规律,对隧道衬砌计算中选用适当的计算方法具有一定的指导意义.     

隧道围岩稳定分析的最小安全系数法

关于岩体稳定评判准则至今尚未达到成熟的阶段,从稳定的定义至量化的标准等一系列基本问题尚未形成明确的体系。目前主要利用塑性区或位移扰动区来判断围岩的稳定范围。根据弹性理论,借助工程中安全系数的概念,利用Mohr-Coulomb和Drucker-Prager强度准则,建立基于单元的安全系数法,通过FLAC3D中的FISH语言实现了其求解过程。通过求解围岩稳定的安全系数,建立了评价围岩稳定的量化指标,给出了围岩稳定的安全范围,为锚固支护提供合理的支护参数。     

甘肃地区黄土隧道围岩变形特征分析

为研究湿陷性黄土隧道施工期间的变形特征,本文依托甘肃省某黄土隧道新建工程,综合采用现场实测数据分析和数值模拟开展黄土隧道的变形特征研究。结果表明：(1)隧洞拱顶位移变化速率和累计沉降值最大,且出口右线的沉降速率比左线的更大。与出口相比,进口处的地面沉降值明显较小,其中进口处地面的最大沉降值为35 mm,出口处地面最大沉降为70 mm;(2)建立数值有限元模型进行计算表明,数值模拟结果与实际监测规律基本一致,其中实测隧道开挖结束的拱顶最大沉降为60 mm,而数值模拟结果为78 mm,两者相对误差在20%以内;随着隧道的开挖,隧道应力发生重分布,衬砌两侧发生应力集中,最大值为6.0 MPa,顶部围岩应力达到2MPa。     

火灾作用下隧道衬砌结构变形理论分析模型

火灾作用下衬砌材料力学性能的劣化会引起隧道结构的损伤,变形量的增大,危害隧道运营安全。基于几何和材料非线性理论,综合考虑火灾作用下衬砌结构中温度的非线性分布,材料力学性能的高温劣化及热膨胀等因素的影响,提出用于描述火灾作用下隧道衬砌结构变形行为的理论分析模型。在此基础上,给出半圆形隧道在火灾作用下截面转角及径向变形的解析解,分析火灾持续时间对衬砌变形行为的影响规律,可为隧道结构防火设计及灾后评估提供理论依据。     

隧道围岩与衬砌受力特性测试与数值分析

以工程实例为背景,对隧道洞口段施工过程中围岩的收敛变形、锚杆作用应力、一次衬砌、二次衬砌内的应力与变形以及围岩的压力进行观测,取得大量的试验数据,并结合数值计算结果进行分析,为隧道衬砌设计和施工的安全可靠性提供科学依据和技术指导,并为进一步的工程研究积累资料。     

复合式中墙连拱隧道衬砌结构计算方法探讨

由于连拱隧道荷载计算理论不成熟,现有结构计算模型很难准确模拟复合式中墙连拱隧道的受力机理,所以目前没有针对复合式中墙连拱隧道统一的结构计算方法。基于双塌落拱的假定确定连拱隧道荷载计算方法,使用有限元计算软件,用仅受压弹簧模拟中墙和二次衬砌之间的作用,基于荷载结构法合理建立复合式中墙连拱隧道衬砌结构计算模型。结合苏州凤凰山连拱隧道的设计,使用该模型计算隧道衬砌的受力,并进行配筋和强度安全系数计算,为复合式中墙连拱隧道设计计算提供有益的探讨。     

复合式衬砌结构中衬砌分担围岩压力比例的研究

复合式衬砌结构中衬砌分担围岩压力的评价方法是隧道工程技术的重要研究课题之一。依托某新建铁路隧道工程,提出了一种基于监测位移反分析评价围岩和支护应力,进而计算初期支护和衬砌背后压力的方法。根据监测位移和衬砌施作时间,确定初期支护的已发生变形和剩余变形。通过有限元反分析求出与已发生变形和剩余变形相对应的围岩和支护应力,得到初期支护和衬砌背后压力。对比初期支护背后压力及衬砌背后压力的现场监测和反分析的计算结果,两者比较一致,说明了该方法的可行性。该新建隧道初期支护闭合95 d后施作衬砌,计算得到衬砌背后压力约0.04～0.06 MPa,衬砌分担围岩压力比例约13%～16%。研究成果对复合式衬砌结构的设计具有一定的参考意义。     

黄土十字交叉隧道开挖下支护结构变形特性研究

本文通过三轴试验分析了不同含水率下的重塑黄土的应力-应变特征,采用模型试验针对黄土交叉隧道研究了开挖过程中支护结构应变变化特征和开挖影响范围.研究得到,隧道的支护结构变形与掌子面位置有关,掌子面到达监测断面前1.5D(D为洞径)左右时,钢拱架发生变形,超过监测断面1.5D后变形基本稳定,说明黄土开挖的水平影响范围大致为...     

边坡动力作用效应及动安全系数分析方法

目前，对于边坡动力响应规律（位移、速度、加速度）的研究较少。对动力安全系数的评价也未有统一的标准，直接运用于工程实际仍需广泛的模型试验、数值模拟、余震观测资料来充实。文章基于动力时程分析法，针对地震边坡稳定性提出了一套较为全面的分析及评价方法。并结合金安桥水电站堆积体边坡进行实例分析，对类似课题具有参考价值。     

隧道围岩结构地震动稳定性分析的动力有限元强度折减法

为了得到隧道围岩结构的地震动安全系数,借助通用有限元软件ANSYS,首先对水平地震作用下的模型进行模态分析,得到质量阻尼系数和刚度阻尼系数;其次由静力分析模型得到竖向边界上的水平向支座反力,然后将结构自重转化为温度边界条件,通过热分析得到模型各节点的温度,从而实现在动力分析中考虑重力的影响;最后采用悬臂梁动力分析模型,导入热分析获得的模型各节点的温度,并在竖向边界上施加水平向支座反力,通过不断折减围岩塑性区的凝聚力c和内摩擦角?,直到计算不收敛为止,从而得到隧道围岩结构的地震动安全系数。数值算例结果表明：采用的方法是可行的,将围岩结构自重转化为节点温度的措施解决了以往动力分析不能考虑结构自重的难点,进而为以后地震作用下隧道动力安全系数的计算及其工程应用提供了理论依据。     

岩质隧洞支护结构设计计算方法探索

依靠模型试验与力学计算,分析了隧洞破坏机制与型式,提出将基于有限元强度折减法求出的围岩安全系数作为稳定分析判据。现有各种围岩分类中都有一些标志围岩稳定性的标志性说明,在前人基础上,提出了各级岩体的稳定性标志,尤其提出了一种新的定量标志,即将隧洞在无衬砌情况下的围岩安全系数作为隧洞稳定性定量标志。由此,在给出的相应稳定安全系数基础上反算出各级岩体的强度参数,以提高强度参数的准确性。提出了岩质隧洞的设计计算方法,采用有限元强度折减法计算围岩安全系数,采用有限元法计算衬砌安全系数,并对青岛市某地下工程进行数值模拟,分别计算了围岩和衬砌的安全系数。初步建议岩体隧洞的设计标准：初期支护后,围岩安全系数不小于1.15～1.2,初衬的安全系数不小于1.3;二次支护后围岩安全系数高于1.25,衬砌的安全系数大于2.0～2.4,以确保隧洞在施工和运行过程中的安全。     

黄土隧洞支护结构设计方法探讨

采用ANSYS软件,对宝兰铁路二线码头隧道的双层模筑复合式衬砌试验断面进行建模分析,应用有限元强度折减法,求得隧洞的围岩的安全系数,应用有限元法按土体与结构共同作用原理求衬砌的安全系数。黄土隧洞设计须满足的两个要求：初步建议初期支护后土体围岩的安全系数不小于1.15～1.2,初期支护安全系数不小于1.3;二次支护后衬砌结构的安全系数大于2.0～2.4,确保工程施工与运行安全。对求得的围岩和衬砌安全系数进行评价分析,形成黄土隧洞支护结构设计的定量方法。     

黄土软岩公路隧道防排水合理结构型式研究

针对甘肃省及临近地区干旱、半干旱黄土地区工程地质、水文地质特点,实地调查该地区已建隧道渗漏水情况,分析该地区隧道渗漏水成因。以天巉二级汽车专用公路9座隧道为依托,应用工程类比法提出适合该地区的涌水类型划分方法,涌水类型划分为滴渗、淋淌、股水和突水4种,并分析了影响隧道防排水结构设计的因素和防排水设计原则。在此基础上,提出了防排水设计的4种合理结构型式及其适用条件。研究结果为天巉公路、巉柳公路防排水设计与施工提供了有效指导。     

隧道近接桩基的安全系数研究

针对近年来隧道近接建筑桩基的情况较多,且施工控制难度大和造价高的问题十分突出。运用有限元强度折减法,基于Mohr-Coulomb强度准则,计算了多种不同情况下桩基础与隧道相互影响的隧道安全系数,包括桩基距隧道水平距离的影响、桩基埋深的影响和桩基荷载的影响。总结并提出了有实际意义的安全系数变化规律,计算表明,隧道近接桩基的临界距离为1倍洞径,当隧道与桩基水平距离大于1倍洞径时,桩基与隧道之间的相互影响可以忽略不计;桩基荷载的变化对隧道安全系数有较大影响,荷载增大1倍,安全系数约减小1/4。结论为隧道近接桩基工程建设提供参考依据。     

深埋隧道地质构造发育段围岩压力的特点

以龙厦铁路象山特长隧道地质构造发育、埋深大于500 m段围岩压力及围岩变形的现场测试资料为依据,对大埋深隧道地质构造发育段围岩压力的特点、变形压力的形成机制等进行了研究。研究表明：大埋深隧道,结构面或褶曲、逆断层发育,但地下水不发育的地段,即使围岩强度较高,隧道开挖后仍可能出现较大的变形;围岩较大变形主要是由于在自重应力和残余构造应力作用下被挤密的结构面在隧道开挖后因侧向限制消除而张开、扩容引起的,受其影响,初期支护将受到较大的围岩变形压力。上述地段围岩压力具有下列特点：（1）地下水不发育区段的围岩压力比地下水发育区段的大;（2）隧道纵向发育向斜的区段,拱顶至拱腰段围岩压力最大,越趋向于向斜核部,拱顶围岩压力越大;（3）发育褶曲的断面,与褶曲轴线垂直方向的围岩压力较大;（4）发育逆断层的断面,与断层倾向相反侧的围岩压力较大,该侧断层面附近的围岩压力最大,对侧断层面附近的围岩压力最小;（5）下台阶的围岩压力比上台阶的小,两者的相对差随上、下台阶施工间隔时间的延长而增大。     

双线小净距隧道中岩墙力学特征及加固措施研究

采用二维弹塑性数值计算方法,对Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ级围岩条件下平行布设的双洞隧道中夹岩墙受力、变形特点随隧道间距变化的情况进行了研究。研究结果表明,对于两隧道间距较小的小净距隧道,中夹岩墙的受力、变形极为不利,是设计、施工和监控量测的关键部位。同时研究了不同隧道埋深以及不同岩柱加固措施对小净距隧道中夹岩墙受力、变形特点的影响,为小净距隧道的支护设计、开挖方式、岩墙加固方式选取以及现场监控量测方案制定等提供指导。     

危岩拦石墙计算方法研究

拦石墙是危岩主要的被动防治技术之一。通常布设在陡崖或陡坡脚前适当部位。而布设在陡崖或陡坡脚前的距离及自身高度、宽度等结构尺寸均应通过计算确定，但计算理论迄今尚未完善。作者将危岩落石作用于拦石墙的传力机理概化为落石→堤→桩及板→地基的传力过程。落石作用于挡土墙后在挡土墙内的扩散范围为一锥体，建立了落石对拦石墙的冲击力及其在土堤内部扩散的计算方法，量化了落石在墙体内的冲击深度及扩散角，即锥体的高度及顶角张开度。将拦石墙土埕等效为连续土板，则可将拦石墙概化为连续桩板结构并将冲击力均布作用于扩散锥：据此便可运用结构力学方法进行拦石墙内力计算。运用论文建立的拦石墙计算方法在三峡水库区万州太白岩实施了3km长的示范工程。多次随机落石事件显示了该结构的可靠性及有效性。     

重力式挡土墙抗滑稳定容许安全系数取值标准初探

我国水工挡土墙设计规范中规定稳定性验算采用以安全系数为度量指标,给定的安全系数允许值范围在1.20～1.35之间,低于国外规范的取值。采用可靠度分析方法,建立目标可靠指标与安全系数之间的定量关系。通过分析计算确认安全系数满足对数正态分布。对一个目标可靠指标为3.2的特例获得其安全系数在1.43～1.55之间的结论。根据前期提出的相对安全率指标判据提出了安全系数满足对数正态条件下的计算公式。使用这一判据,论证了将这一特例扩展到不同墙体几何参数和强度指标参数情况时这一可靠指标和安全系数关系的普遍适用性。提出的安全系数取值标定方法和相应成果可供规范修订工作参考。