考虑中间主应力影响水底隧道围岩与衬砌流固耦合弹塑性解

裂隙岩体在渗流水荷载作用下的裂隙围岩流-固耦合研究是隧道工程研究的热点问题,而计及中间主应力影响的隧道围岩流-固耦合应力计算鲜见介绍。采用双剪统一强度理论屈服模型,计及中间主应力影响,分析了在渗流水荷载作用下隧道围岩处于弹性、软化、塑性流动时的流-固耦合问题,并给出了含水围岩、衬砌应力、位移与变形区界面半径解析计算式。其结果对水底隧道围岩稳定分析与衬砌结构设计计算具有工程实用意义。     

基于COMSOL的地下水封油库围岩流固耦合特征模拟研究

地下水封油库通常建造于完整性好的结晶岩体内部,利用隙存水封的原理将油气封闭于地下洞室内部,洞库围岩在施工及运营期间具有典型的流固耦合特征。论文基于裂隙岩体流固耦合理论,采用COMSOL Multiphysics 软件对洞库围岩不同工况下流固耦合特征进行了模拟研究。研究结果表明:地下洞库在不设置人工水幕情况下,开挖后洞室顶部地下水位明显下降,并形成降落漏斗,可能导致洞室油气外溢; 设置人工水幕后,洞室顶部地下水位下降趋势得到明显控制,有效确保了水封的可靠性; 在设置水幕的情况下,洞室直墙及洞室拱顶与底板角点处出现明显的应力集中,但围岩仍未出现连贯塑性区,洞室最大位移不超过5mm,洞室围岩稳定性良好。分析成果对于指导洞库优化设计及施工具有一定的参考价值。     

考虑流-固耦合的隧道开挖数值模拟

根据隧道工程施工实际情况和地下水渗流的基本规律,以及弹塑性力学理论,建立了在应力场和渗流场耦合作用下隧道开挖数学模型,借助Comsol模拟了隧道开挖过程中围岩应力场及渗流场的变化规律。研究结果表明：在原岩开挖时,隧道围岩变形及地面沉降大,不利于周围建筑的安全,隧道内积水,施工无法进行;进行灌浆处理后,围岩变形小,地面沉降得到控制,有利于施工及周围建筑的安全。     

隧道开挖问题中的流固耦合模型及数值模拟

隧道工程中的地下水问题是富水地层中普遍存在的重要问题,地下水流动对隧道围岩稳定性有重要影响。给出了描述隧道开挖过程中力学与水力特征及表征方法,根据岩体的基本结构特征及代表性单元体（REV）是否存在提出了流固耦合模型的建立方法;提出了隧道水力耦合数值分析中的耦合计算模型的建立方法;利用数值法研究了隧道开挖渗流与应力耦合问题,得到变形和渗流场的变化规律。结果表明,隧道开挖引起的渗流影响边界大于力学影响边界,由于渗流引起的渗流力增加了围岩的应力、位移,从围岩-支护结构共同作用原理考虑,进行隧道支护结构设计时是应该考虑渗流效应的。     

基于流固耦合理论水下隧道冻结壁厚度优化研究

水下隧道对冻结壁厚度设计有特殊要求,针对珠机城际轨道交通项目下穿马骝洲水道段联络通道冻结壁设计改进问题,基于流固耦合分析理论,利用有限差分数值计算方法对水下隧道冻结壁稳定性进行研究,通过对不同厚度冻结壁响应情况的对比研究,实现对于冻结壁厚度的优化设计。研究表明:相较无渗流模型,流固耦合模型冻结壁应力分布规律相同,但整体量值增大明显,水的作用不可忽略;水的存在使冻结壁受力趋于"均匀",应力集中现象缓解,但高剪应力区范围扩大,使其剪切破坏风险加大,且冻结壁受力形式有从受压向受拉改变的趋势,对结构稳定不利;冻结壁在流固耦合作用下变形加剧,且随厚度减小而愈发显著,模型厚度达到2.0m以上时变形基本稳定;流固耦合模型塑性区多集中于两侧拱脚区域,3.0 m和2.5 m模型整体完好,2.0 m模型两侧拱脚出现相向发展塑性区,1.5 m模型塑性区厚度接近贯穿,1.0 m冻结壁拱脚已形成明显贯穿破坏;综合选定2.5 m为冻结壁改进厚度,成果直接应用于4#联络通道冻结法施工,经现场监测表明该优化方案有效、可行,对类似工程冻结壁厚度设计具有重要的推广应用价值。     

地震作用下输水隧道的流-固耦合分析

在大规模的调水工程的建设中穿越软土地区的浅埋输水隧道的抗震性能问题更加突出。大管径浅埋输水隧道由于内部水体质量巨大,且在振动作用下隧道内部水体产生晃动,由此引起水体-隧道衬砌之间的耦联作用,这些都直接影响隧道衬砌的动力响应。针对这一问题,将围岩-衬砌-水体作为一个整体进行有限元剖分,采用流-固耦合的分析方法,对隧道中流体对隧道衬砌的频率以及隧道衬砌动力响应的影响进行了研究,其中管内水体采用基于势的流体单元,同时对隧道内无水、半满水、满水的频率和隧道衬砌的动力响应进行了比较分析,结果表明流体对软土中输水隧道的频率和隧道衬砌动力响应的影响很大。     

基于现场位移监测数据统计分析的隧道 围岩稳定性研究

在隧道施工过程中,位移监测数据常作为现场判定围岩稳定性的最重要依据,很多时候甚至是惟一的依据。但是,在我国的隧道设计过程中,目前还没有建立基于位移的隧道围岩稳定性判别基准,主要原因是不同岩性、不同地质环境下,围岩的位移差距可能很大。此外,洞形、跨度、埋深等因素都可能会影响围岩位移的大小。不过,通过对现场的监测位移数据进行统计分析表明,在一般围岩条件下,对于同一级别的围岩,其相对位移值分布在相对较窄的范围内,而对不同级别的围岩,其相对位移值则有较为明显的差异。基于这一特性,可针对不同级别的围岩,通过现场位移监测数据进行统计分析方法建立围岩稳定性的判别基准,并作为围岩分级的基本依据。随着以新奥法和控制围岩变形为主旨思想的矿山法在高速铁 路、高速公路隧道的大量应用,这种基于相对位移的围岩判别标准及分级方法将隧道设计更加符合当前的隧道施工技术水 平。     

深埋隧道围岩-支护结构稳定性研究

依据隧址区工程地质特征,建立通-渝深埋公路隧道1:1实体模型。通过有限元数值模拟,结合量测资料,分析了隧道按全断面法和台阶法动态施工过程围岩-支护结构屈服接近度、位移和应力特征,以及支护结构钢支撑受力、二次衬砌轴力和弯矩特征。结果表明,在相同的地质条件和支护条件下,台阶法较全断面法没有明显的优势,为深埋公路隧道优化设计和施工提供了科学依据。     

走马岭隧道复杂围岩施工力学及稳定性分析

采用三维弹塑性有限元数值仿真模拟,对隧道围岩内部位移监测成果进行了深入的分析.分析认为,围岩的初期支护结构基本达到极限强度,但围岩的屈服区厚度较小,松动圈所在深度小于0.5m;下台阶开挖对拱腰收敛位移影响较大、对拱顶下沉位移影响较小.同时,测点距掌子面1倍洞径和1.5倍洞径时,拱顶下沉位移及水平收敛位移分别趋于稳定.     

变形介质流固耦合渗流的数值模型及其应用

在地下流体的开采过程中,随着地下流体的不断采出,必然造成孔隙流体压力的逐渐降低,由此导致储层岩石骨架的有效应力增大,地层产生变形或压实,甚至造成地表沉陷.针对饱和土固结问题,利用可变形多孔介质中流体渗流的流固耦合有限元数值模型,对该问题进行了数值模拟.同时,对油井开采过程进行了模拟.      

东深供水改造工程凤岗隧洞段岩体参数位移反分析

通过东深供水改造工程凤岗隧洞段的岩体参数反分析,探讨了在计算中采用对屈服单元进行弱化来模拟开挖引起的松动与破坏范围的新方法,所得结果与实测值相吻合。     

评分法在铁路隧道勘察预测隧道最大涌水量的应用

摘要：在隧道建设施工中,涌水灾害是隧道建设中倍受关注的问题之一。涌水量预测关系到隧道方案的工程设计、施工条件、工程造价、养护条件和运营安全。因此,在勘察阶段如何较为准确地预测隧道涌水量的大小,为隧道施工制定合理的防排水措施提供依据,评价其建设施工对地下水环境影响,成为众多工程地质水文地质工作者日益关注的课题之一。     

青藏铁路昆仑山隧道稳定性分析

在地质构造分析，地应力测量，地应力场的反演和岩石力学实验的基础上，对昆仑山隧道多种断面的应力分布进行了有限元计算，给出了不同断面的应力分布图象，指出了不同断面应力分布的特点以及断面形状对应力分布的影响，同时计算了围岩的强度与应力比，对围岩稳定性进行了分析对比，优选了隧道断面形状。     

拉林铁路板块缝合带隧道地应力分析

青藏高原板块缝合带为印度板块和欧亚板块两大陆块的缝合区域,带区地质条件复杂,构造运动强烈。川藏线拉林铁路几乎沿雅鲁藏布江缝合带展布,高地应力问题十分突出,但目前针对板块缝合带隧道的地应力研究相对较少。本文采用空心包体法对拉林铁路沿线隧道进行了原位地应力测量,并与成兰、兰渝和锦屏等几个典型工程的地应力进行对比分析。研究表明：拉林铁路沿线隧道埋深大,构造应力突出,总体表现为最大水平主应力 > 垂直主应力 > 最小水平主应力;平均侧压系数（1.0~1.5）分布较为集中且处于较高水平;最大主应力量值大多在20~50 MPa之间,最大主应力与埋深的梯度为0.033 7 MPa/m,方向以北北西-北北东向为主。建议采用仰拱结构减小隧道墙脚处的应力集中现象。     

阿家岭隧道穿越既有铁路线综合施工技术

阿家岭隧道穿越既有铁路线,通过采取洞室管棚预支护、沉降反馈开挖法、加强初期支护、监控量测技术、管棚变形监测等综合治理技术,有效地控制了既有铁路的线路沉降量,保证了顺利穿越既有铁路线。该综合技术根据隧道施工条件,突破常规施工方法和工艺,为施工类似隧道提供了参考。     

和龙沿江公路傍山隧道偏压特征分析

傍山隧道作为一种偏压隧道,其潜在的灾害问题非常突出。通过具体的工程实例,采用有限元方法进行了隧道偏压特征分析,阐述了偏压隧道围岩受力变形特征。在应力特征上,表现为临江面硐壁应力较内壁应力值偏高,最大值达1.36 MPa,而内壁应力最大值仅为1.13 MPa。偏压主要集中在外侧硐底拱肩处,即内、外两侧拱肩处围压不对称分布,外侧拱肩部位形变压力增大。位移特征上,表现为以内侧硐底为支点,向临空面方向偏移的扁形曲线。其水平向的最大位移偏移量约7.4 cm,竖直方向最大位移偏移量约4.1 cm。且边墙位移不对称分布,不出现底拱位移曲线的特点。     

某铁路隧道涌水量预测与分析

为进行某铁路隧道的设计与施工,获取相关的水文地质参数,进行了3个钻孔的抽水试验,以获取相关的水文地质参数。运用地下水径流模数法、大气降雨入渗法和地下水动力学法对隧道涌水量进行了计算,计算结果显示：地下径流模数法的计算值偏小,降水入渗法的计算值适中,地下水动力学法的精度较高,但计算的涌水量值较大;三种方法比较,决定结果采用大值,即涌水量正常值取6150m^3/d,最大涌水量值取9770m^3/d。提出了采用双向自流排水,适当布设施工监控设备的工程建议。     

垃圾填埋场边坡上土工膜的拉力与位移分析

在垃圾填埋场中,土工膜通常放在填埋场的边坡上用来隔离有害物质以避免污染周围环境。土工膜上填埋垃圾和土层沿其长度将有剪应力作用,使得土工膜产生位移,内部承受拉力。为保证土工膜的安全使用,需要对土工膜的拉力与位移进行分析。以边坡材料的应力应变协调为基础,对土工膜下层与土接触面上的剪应力-位移关系采用双曲线模型,推导出微分控制方程,并利用有限差分法迭代求解控制方程得到土工膜位移与拉力的解。最后,对影响土工膜拉力和位移的重要参数进行了分析研究。     

高速铁路浅埋大跨度隧道下穿公路施工安全性分析

成都至贵阳客运专线南厂沟浅埋大跨度隧道下穿公路,重载车辆繁多,对隧道施工安全及道路行车安全造成威胁。采用FLAC3D软件分别对无行车条件下和行车荷载作用下施工过程进行了数值模拟,对比分析了两种工况下的受力及变形,结果表明,行车荷载对该隧道施工影响较小。下穿施工过程及监测数据分析表明,南厂沟隧道下穿公路数值模拟是合理的,为顺利施工提供了有益指导。     

三维地应力场的有限元模拟及其在隧道设计中的应用

现场地应力测量地点与工程所在位置,往往有一定距离,因而测点处的地应力常常不能代表工程所在位置的地应力状态.特别是在地形起伏及构造复杂的地区尤其如此.为此,本文通过三维地应力场的反演模拟,由测点处的地应力测量结果推知工程所在地点--青藏铁路羊八井隧道轴线上的地应力状态,为隧道的设计提供了地应力依据.