岩溶区隧道围岩--支护体系稳定性研究

岩溶是地下水地质作用的过程和结果，是隧道建设面临的不良地质现象之一。正在建设中的某高速公路隧道出口段岩溶地质作用强烈，溶隙、孔洞发育，且受构造变形及后期淋滤溶蚀作用强烈，力学强度低，岩性复杂。其角砾状粘土岩和水云母粘土岩多已泥化成粘土，遇水易膨胀。岩溶区隧道围岩——支护体系的稳定性是该隧道建设面临的主要问题。文章结合隧道施工过程中的围岩变形监控量测和三维弹塑性有限元数值仿真模拟对隧道围岩——支护体系的稳定性进行了研究。围岩水平收敛和拱顶下沉位移及速率变化特性表明，在监测时段内隧道围岩无趋于稳定的迹象。施工动态力学数值仿真模拟表明，在初期支护条件下，围岩出现了较大范围的塑性破坏区，两隧道之间(间距45．0m)围岩破坏接近度达到0．70，最大竖向位移达到3．0mm，表明隧道全断面施工时，两隧道相互作用影响程度较大。为确保隧道围岩——支护体系的稳定，选择合理的施工方法，制定切实可行的支护方案提供了信息。     

采动下卧煤层对深埋隧道结构稳定性的影响

通过3D有限元数值模拟,在分析某深埋隧道煤系地层隧道开挖、初期支护和二次支护动态施工过程的基础上,重点分析了下卧煤层(倾角 =35°,厚度h=2.8 m)按全陷落法分段开采后隧道支护结构的位移、应力特征,得到了下卧煤层经济安全的禁采深度。为复杂地质条件下煤系地层隧道建设和合理开采矿产资源提供了科学依据。     

浅埋偏压隧道洞口施工技术及稳定性分析研究

龙潭隧道是沪－蓉高速公路工程的控制性工程。地质条件复杂,集浅埋、偏压、涌水、涌泥、岩爆等地质问题于一身,是典型的复杂条件下的长大公路隧道。隧道洞口段处在浅埋偏压段时,施工难度相当大。从隧道开挖与支护的安全性出发,论述了浅埋偏压隧道的设计与施工情况。以右线出洞口为例,采用三维快速拉格朗日差分法(FLAC3D),对其施工开挖过程及支护进行了模拟。通过对开挖支护后围岩的应力场、位移场及塑性区特征的分析,得出了一些建设性的结论,对工程的施工具有指导意义。     

浅埋大跨隧道施工力学响应模拟与监测分析

以沪－蓉－西庙垭分岔隧道为工程背景,采用三维快速拉格朗日差分法(FLAC3D)对其浅埋大跨段施工开挖力学响应进行了数值模拟,分析了开挖后围岩的应力场和位移场特征,并结合现场围岩变形和支护结构性态的现场监测,研究了典型地质代表断面的施工力学状态,获得一些有益的结论,对实际工程进行直接指导并为同类工程提供参考。     

软弱围岩隧道施工全过程非线性有限元分析

结合赣州-龙岩铁路某单线隧道软弱围岩地质情况,采用非线性有限元法对软弱围岩条件下的铁路隧道湿喷纤维混凝土支护结构施工过程进行了数值模拟,分析了围岩和支护结构体的非线性力学行为的应力场分布、位移场,围岩塑性区分布特征,指出台阶步开挖时拱顶下沉、底板上鼓、墙腰收缩的主要控制因素.     

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。     

偏压分岔隧道施工过程损伤破坏分析与优化研究

正在施工的沪蓉西高速公路八字岭分岔隧道属于偏压隧道,而且分岔隧道包括连拱段和小净距段,施工过程转换复杂,因此,采用正确的施工方案对于隧道的稳定性非常重要。为更真实地模拟岩体的力学特性,研究施工过程中岩体的损伤破坏,根据不可逆热力学理论建立了弹塑性损伤耦合模型,并编制了三维弹塑性损伤有限元程序D-FEM。建立了分岔隧道大型三维数值模型,采用弹塑性损伤有限元D-FEM模拟了分岔隧道不同的施工过程,通过分析施工过程中隧道围岩的位移、应力和损伤屈服区,最终确定采用左洞超前右洞32 m,左右洞同步开挖的施工方法。     

富水软弱带公路隧道支护技术研究

大奎隧道是炎汝高速公路炎陵至汝城段的一座公路隧道,地质条件极其复杂,隧道施工后,初期支护发生严重变形,钢支撑被压弯,下沉量严重侵入建筑限界。综合现场监测、地质雷达扫描结果,从涌水特征、地质情况和施工方法3方面出发,系统分析了大奎隧道富水软弱带初期支护后隧道严重变形的原因,并在此基础上,研究支护失效段和掌子面的支护设计及施工组织方案,提出三大治理措施：一是控制涌水,二是反压回填及加固围岩,三是优化施工工法。监测结果显示：上述措施实施后,取得了非常满意的效果,保证了复杂地质条件下隧道施工的安全。该成果对富水软弱地层隧道修建具有重要的指导作用和参考价值。     

强风化花岗岩弹塑性本构模型研究(Ⅱ):工程应用

根据文献[1]优化反演得到隧址处强风化围岩应变硬化弹塑性本构模型的计算参数,通过数值仿真研究CRD法、双侧壁法和台阶法3种工法时围岩与支护结构的受力变形情况,结果表明,CRD法为最优工法。在此基础上,根据翔安隧道左线ZK8+257～ZK8+307段的现场实际施工情况,建立三维模型动态模拟隧道CRD法开挖支护全过程,并将计算的变形位移与现场实测数据进行对比分析。研究表明：提出的弹塑性硬化本构模型及其数值仿真技术可较好地反映强风化花岗岩隧道开挖过程中的变形和破坏规律。其研究成果可为衬砌结构设计以及国内同类型隧道的施工和衬砌支护技术设计提供可靠指导。     

浅埋偏压隧道洞口坍方数值分析与处治

某公路隧道在进洞时出现坍方。针对该隧道工程的实际情况,建立数值分析模型,采用ANSYS程序模拟隧道施工力学行为,从围岩塑性区分布、位移以及锚杆和混凝土衬砌内力分布情况分析隧道变形和坍塌发生的原因。结果表明：隧道浅埋偏压、围岩力学性质差及施工支护不当导致坍方。结合工程实际提出洞内加固、地表注浆加固及开挖控制的综合处治方法,取得了理想的效果,为日后类似工程提供借鉴与参考。     

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。     

大型复杂地质体三维数值模型构建方法比较研究

真实地质体三维数值模型构建是进行岩体工程数值分析面临的难题,开展大型复杂地质体三维数值模型构建方法比较研究具有重要意义。以3DMine数字化模型为基础,提出了3DMine-FLAC3D耦合建模方法和3DMine-Surfer-Rhino- ANSYS-FLAC3D多软件耦合建模方法,详细阐述了各建模方法具体步骤,深入分析了各建模方法优缺点及适用性,通过对比各建模方法的优势与短板,取长补短,改进了3DMine-FLAC3D耦合建模方法存在的缺陷,解决了复杂地质体三维数值模型构建难题。以广西铜坑矿锌多金属矿体开采为背景,利用大型复杂地质体三维数值建模方法,构建了锌多金属矿三维数值模型,分析了矿体上行开采地表沉陷规律。研究成果对准确构建大型复杂地质体三维数值模型具有重要指导作用。     

长大深基坑施工空间效应研究

针对目前长大深基坑施工空间效应的研究主要集中在数值模拟方面,理论研究尚不多见的现状,提出了黏性土条件下长大深基坑施工空间效应的简化计算方法。引入等代内摩擦角的概念,将基坑坑周土层等代为无黏性均质体,应用土的塑性上限理论及相关联流动法则,采用极限平衡分析法,对长大深基坑拉裂-剪切和纯剪切两种三维破坏模式下的空间效应进行了具体研究,给出了相应的空间效应系数计算公式,并进行了算例分析。研究结果表明,该方法避免了数值模拟的低效率、高费用、长周期的缺陷,可手算完成;计算成果能直接得出基坑坑壁空间效应系数的分布特征及量值大小,可用于指导基坑支护结构、施工方案的设计以及信息化监测测点布置和断面选择。     

利用 FLAC 3D 对基坑支护数值模拟分析

FLAC 3D 是岩土工程中广泛应用的软件。本文以某地区基坑为背景,进行土钉墙支护设计,并利用 FLAC 3D 软件对土钉墙支护前后进行数值模拟。在基坑开挖完成后,边墙位移一般为 20 ～ 40 cm,最大位移为 45 cm。采用土钉墙支护后,边墙的位移为 2 ～ 4 cm,最大位移为 6 cm。对比表明,土钉墙支护能够有效的阻止基坑的变形,维持基坑的稳定。同时,根据土钉的轴力分布特征,分析基坑在不采取支护措施的情况下将发生滑移破坏。     

基于Hoek-Brown强度准则的隧道软弱围岩稳定性分析

因长期遭受地质作用和构造力的改造作用,地下岩体中存在大量的软弱破碎带,隧道开挖穿越这一地带很容易出现较大的变形,甚至出现塌方等事故。论文采用TGP超前地质预报与掌子面围岩调查相结合的方法进行隧道掌子面及前方未开挖岩体的精细化地质调查,获取了隧道围岩的Hoek-Brown参数。采用FLAC3D数值模拟方法,分析了破碎带围岩在既定支护条件下的稳定性,并与现场监测数据进行对比,验证此方法的正确性。研究结果表明,数值模拟结果与实际监测结果较为吻合,可以将此方法用于指导未开挖段隧道的稳定性预测,以确保隧道掘进过程的施工安全。     

地下采场动态施工损伤演化的数值试验

采用莫尔－库仑准则作为岩体的剪切屈服条件、极限应变作为剪切损伤判据、最大拉应力作为拉伸损伤判据,建立了适合岩体的弹塑性各向异性损伤数值模型。运用该数值模型研究了施工过程不施作支护结构和施作支护结构情况下地下采场覆岩的动态损伤演化过程,并与不施作支护结构时岩体采用弹性模型的数值结果进行了对比。数值试验重现了施工过程地下采场覆岩的动态损伤演化过程,从而为进一步优化支护结构设计、施工以及预防和控制地下采场塌方等工程事故提供了一种新的数值试验手段。     

建筑基坑土钉支护时机探讨

本文采用FLAC软件，通过建筑物基坑随开挖深度增加而变形的模拟，得出基坑每一阶段开挖及土钉支护条件下的位移发展演变规律，跟踪最大不平衡力变量的变化提出了最佳土钉支护时机。     

既有基坑延深开挖稳定性评价与支护方案确定

以北京市某特殊基坑工程为背景,采用FLAC3D软件,选用Mohr-Coulomb准则,对基坑在现有支护方案条件下进行延深开挖,计算分析桩锚支护体系的变形、受力情况。结果表明,基坑在现有支护方案条件下进行延深开挖将导致护坡桩抗弯性能不足、支护结构水平位移过大、锚固体系失效等问题,要保证基坑延深开挖后的安全稳定,必须对护坡桩增设支点,增加支护力。根据设计变更要求及施工现场实际条件,对多种加固支护方案进行比选,最终选用对护坡桩增设锚索的方案进行延深基坑的预加固。采用数值方法模拟分析上述加固方案后的基坑延深开挖力学行为,预测基坑及支护结构的变形情况,并与现场监测数据进行对比分析。结果表明,基坑延深开挖预加固支护方案合理有效,表明该方法对于类似工程的设计优化及现场施工具有重要的参考意义。     

基于含水劣化特性的隧道围岩时效变形数值计算

基于一种可考虑含水劣化特性的岩石黏弹塑性模型,推导得到了该模型的有限差分格式,并采用C++语言进行程序设计获得了FLAC3D二次开发的动态链接库文件。通过简单模拟试验对程序进行有效性检验表明,模型程序可较好地反映岩石的瞬时弹性变形、衰减蠕变、等速蠕变、含水劣化和塑性变形等特性。通过采用黏弹塑性模型程序对实际的隧道地质模型进行数值分析表明：与自然含水状态相比,围岩处于饱和状态时隧道的拱顶沉降、周边收敛和底鼓位移都出现明显增大,饱和状态下隧道底鼓值约为自然含水状态下的2倍,围岩自稳时间较自然含水状态时减小了40 d左右,严重缩短了二次衬砌的合理时间范围。计算结果与隧道现场实际情况较吻合,有效揭示了隧道大变形灾害的产生机制。运用该黏弹塑性模型程序可较好地分析围岩-支护体系的稳定性,并预测隧道二次衬砌的合理施作时机。     

深基坑PCMW工法开挖过程离散元数值模拟分析

深基坑稳定性问题是重要的工程问题,其中,有效支护结构是保证基坑工程顺利实施的基础。本文引入离散元法,提出了基坑及支护结构建模和数值模拟方法。采用紧密堆积离散单元构建模型初始地层,引入了离散单元团簇模型来构建表面较为光滑的管桩。以南京某深基坑工程为例,采用三维离散元模拟软件MatDEM3D构建几何模型,并根据土体的力学性质设定相应单元的力学参数。数值模拟中,通过预平衡操作实现土层的压实,进而模拟了基坑开挖过程中土体和管桩的变形。将数值模拟结果与实测监测数据进行了对比分析,评价了基坑支护结构的有效性。这种基坑离散元数值模拟方法在基坑开挖过程的稳定性预判和支护结构的有效性评价上具有潜在的应用前景。