基于强度折减法小净距隧道合理净距的研究

小净距隧道合理净距的确定是目前研究的热点和难点.影响小净距隧道合理净距的因素很多,解析法虽然可以得到精确解,但是公式烦琐,而数值计算方法可以计算各种情况下围岩的应力、变形、塑性区分布等情况.小净距隧道合理净距的确定也即是隧道稳定性发生突变时两独立隧道最小距离的确定.提出了合理净距确定的原则,并采用强度折减弹塑性有限元方法,针对某工程实例,计算了在不同净距情况下隧道的安全系数,并把安全系数发生突变时的净距作为合理净距,和传统有限元分析的结果相吻合.     

双圆盾构隧道施工引起的地面沉降预测

将随机介质理论应用于双圆盾构隧道施工引起的地面沉降计算,假定开挖后土体移动模式为不均匀收敛,推导了土体损失引起的地面沉降计算公式。算例分析结果表明：预测结果与实测值比较吻合;双圆叠加模型计算结果明显偏大,原因是没有考虑双圆盾构重叠部分减少的土体开挖面积,仍按两个单圆的土体开挖面积来计算,导致土体损失量比实际大;将双圆叠加模型计算结果按实际土体开挖面积相应折减,发现其计算结果仍比实测值大,表明双圆盾构隧道不能简单地采用两个单圆叠加得到。对双圆叠加模型进行修正,提出修正系数取值,修正后的双圆叠加模型计算值与实测值较吻合。     

深埋隧道围岩系统卸荷演化过程的Lyapunov指数分析

岩石材料本质上是一种物理非线性的材料,在深埋条件下,隧道围岩系统的变形还表现出几何非线性,这两种非线性机制的相互作用使得围岩系统的卸荷演化具有高度的复杂性.根据重庆某深埋隧道围岩实际情况,运用FLAC3D三维显式有限差分法分析软件,建立了摩尔-库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型,采用大变彤方法对深埋隧道围岩系统卸荷进行数值仿真,引入混沌动力学理论对数值模拟的分析结果进行整合,提取了围岩系统演化过程中特征点演化时间序列的Lyapunov指数,对其混沌形态进行了研究.实例分析表明:深埋隧道围岩系统卸荷演化呈现典型的混沌性态,且系统演化具有对初始条件的敏感性.     

深部隧道力学分析的离散元与理论解分区耦合方法初探

离散单元法适合室内试验和局部小尺度问题的模拟,但在分析隧道开挖等大尺度问题时计算复杂且耗时.为拓展离散元在大尺度问题分析中的适用性,尝试将离散元与理论解分区耦合.针对深埋圆形隧道围岩开挖过程,采用离散元模拟内部近孔口处围岩,外部采用理论解,耦合边界上使用迭代算法,控制收敛以保证力与位移连续条件,在弹性阶段范围内对两区域进行耦合以分析解法的适用性和误差.针对隧洞有、无内压两类算例,采用该分区耦合方法经15步左右迭代收敛,所得边界位移与理论解分别相差1.86%、3.2%;所得离散元结果与理论解对比良好：位移误差随角度有关、最大处在13.5%以内,应力误差除在少量部位为15%左右外,其余各处在8.6%以内.据此表明,该方法具有相当的精度及可行性.     

节理围岩特性及其锚固效应模型试验研究

通过堆砌尺寸为１８０ｃｍ×１４０ｃｍ×１５ｃｍ的大比尺结构模型，依据两组正交节理的不同倾角和间距、地应力及洞周有无锚杆等不同组合的１６种工况进行地下洞室分步开挖模型试验，研究节理对洞室围岩变形破坏的影响及锚杆对节理围岩的锚固效应．试验首次应用ＣＣＤ画像处理法和光学照相法进行位移观测．结果表明，岩体的变形大部分是由节理变形引起的，围岩塌落区完全由开挖自由面与节理的不利组合所控制，围岩变形主要由洞室尺寸、节理倾角及间距、地应力等决定．锚杆能大幅度减少围岩的变形破坏，垂向位移减少更甚，预应力锚杆使围岩变形进一步减小．     

龙泉山构造区隧道浅层天然气来源定量研究

龙泉山含油气构造带是川西油气区和川中油气区分界构造,地层主要为侏罗系和白垩系红层,属非煤地层,不具生烃能力;但穿越龙泉山构造带的多条隧道,施工中都受到了浅层天然气危害。为查明浅层天然气来源,更准确地预测非煤地层隧道中瓦斯分布特征,为隧道工程服务,文章以成都地铁18号线龙泉山隧道为例,采用现场成分测试、气相色谱、稳定碳同位素、稀有气体同位素和生物标志化合物实验,对龙泉山含油气构造带浅层天然气的来源进行了定量研究。研究表明龙泉山含油气构造带浅层天然气主要成分以CH₄、N₂、CO₂为主,其中CH₄浓度达到57.65%~75.23%;浅层天然气稳定碳同位素实验表明δ¹³C₁、δ¹³C₂和δ¹³C₃的值分别在40‰、26‰和25‰上下;稀有气体同位素实验表明气样源岩年代介于225~249 Ma;生物标志化合物实验表明规则甾烷比值介于0.90~1.07。龙泉山构造带浅层天然气主要来源于下伏三叠系须家河组地层,深部气体主要通过断层及节理裂隙向上运移,在浅部砂岩、节理裂隙发育区和局部构造高点富集,从而对隧道工程形成危害。成都地铁18号线龙泉山隧道横穿龙泉山含油气构造,隧道掌子面瓦斯绝对涌出量达到2.13~4.99 m³/min,浅层天然气的分布受龙泉驿断层、卧龙寺向斜、龙泉山背斜和马鞍山断层控制。龙泉驿断层和马鞍山断层是深部三叠系须家河组天然气向上运移通道,断层破碎带及其伴生、派生节理裂隙发育区以及龙泉山背斜转折端是浅层天然气有利富集区,浅层天然气浓度高,隧道风险大。     

小三峡岩溶隧道围岩防突层安全厚度有限元分析

针对小三峡隧道岩溶发育的工程地质特征,采用有限元方法建立典型隧道断面数值计算模型,分析充水溶洞位于隧道不同方位、不同距离时隧道围岩位移和塑性区变化规律,并结合围岩的位移变化情况和塑性区分布情况作为评价隧道围岩突水的判据,得出防止隧道围岩突水的岩层最小安全厚度。研究结果表明：在岩溶水压力作用下,当洞径比一定时,随着溶洞逐渐远离隧道,溶洞对隧道的影响在逐渐减弱;当间径比一定时,溶洞直径越大对隧道的影响越明显;同时根据围岩的位移和塑性区计算结果得到了隧道围岩最小防突厚度。研究成果可为小三峡隧道安全施工提供技术支撑。     

龙溪隧道初期支护监控量测技术初步研究

针对龙溪隧道在施工过程中常出现软弱围岩变形现象,选取其左线LK22 083～LK22 153段为试验段:采用H20型钢施作初期支护.对锚杆轴力、围岩压力和钢拱架应变开展监控量测工作,验证H20型钢支护是否合理.在试验段范围内选取三个监测断面,对应里程桩号:LK22 084、LK22 100和LK22 125;每个断面在拱顶、两侧拱腰和边墙5个测点埋设监测仪器,每个测点处的锚杆计、土压力计和钢拱架应变计埋设在同一点,便于在数据分析时相互补充说明;通过实测数据分析,结合施工实践,综合表明H20型钢支护是合理的,确保了隧道施工顺利快速通过F8断层.     

盾构近接隧道施工力学行为分析

在地下工程近接施工中,新建结构物的施工会改变既有结构物的受力状态,从而对既有结构物产生各种不利影响。由于新建结构物的受力模式不同于半无限体或无限体中修建单一洞室的一般状况,其初始应力场往往经过多次扰动,施工时将再次进行扰动,表现出极大的变异性。通过三维仿真计算,模拟了盾构机上作用3种不同推进力时对既有运营隧道变形和主应力的影响,以对是否加固既有运营地铁隧道给出建议,同时对最大推进力作用下随着盾构隧道的开挖对既有地铁隧道轨底倾斜度的影响进行了分析。分析计算得出的结论对于盾构隧道设计和施工有一定指导意义。     

锦屏一级左岸导流洞出口边坡开挖支护有限元模拟

锦屏一级水电站左岸导流洞出口边坡岸坡陡峻,层间挤压破碎带、顺坡卸荷裂隙及深部裂缝发育。边坡开挖将切除部分维持边坡稳定的坡脚岩体,从而对工程边坡及上部变形拉裂岩体的稳定性产生不利影响。基于锚固岩体弹塑性等效本构关系,采用弹塑性有限元法对边坡开挖、加固及地震作用进行了数值模拟,分析了开挖边坡的稳定性,并对初拟的“先锚后挖、边挖边锚”的施工程序的合理性进行了评价,提出了若干对工程建设具有一定指导意义的建议。