强震后软岩隧道变形与破坏机制分析

强震后软岩隧道的变形和破坏特征与一般隧道不同。根据“5.12”强震区唐家山隧道围岩变形与应力监测数据,对震后软岩隧道变形与破坏机制进行了分析。研究表明:(1)震区软岩隧道变形空间分布不对称,水平收敛是拱顶沉降的2~4倍,这是震后软岩的扩容性质和隧道所处的垂直方向高地应力环境所共同决定的;(2)隧道变形的空间效应约束范围为2~3D,在开挖面约束范围内,变形是空间效应和时效应的耦合;(3)隧道不同部位的围岩变形与破坏方式与围压性质密切相关,边墙处围岩在“形变压力”作用下易发生松弛大变形;拱部一定范围内的岩体存在整体下沉现象,拱部围岩易被架空而形成“松散压力”并诱发位移突变和破坏。研究对同类工程具有一定参考价值。     

泥质粉砂岩隧道变形及长期稳定性研究

以广东省惠清高速太和洞隧道工程为依托,通过室内试验和数值模拟,对典型软岩隧道大变形问题进行了研究。首先通过FLAC3D数值模拟软件对隧道开挖阶段的受力特征、施工变形进行计算;其次考虑了流变效应,通过单轴压缩流变试验得到泥质粉砂岩的应变-时间曲线,选取伯格斯黏弹性模型拟合出相关流变参数并运用于隧道长期变形的模拟计算中,对隧道运营期稳定性做出了评价。研究结果表明:(1)泥质粉砂岩具有明显的蠕变特性,在270 kPa左右的应力水平下进入非稳定蠕变阶段;(2)伯格斯黏弹性模型能够较好地描述泥质粉砂岩的流变特性;(3)隧道开挖阶段拱顶、拱底处有明显的应力释放,拱脚处有应力集中现象,右洞支护结构对围岩稳定性的提升,使左洞开挖阶段围岩的受力状态、变形情况均优于右洞;(4)隧道在运营期7年以前表现出较明显的蠕变特性,7年之后进入稳定阶段。     

高速铁路隧道围岩变形影响因素分析

作为衡量隧道结构体系稳定性的重要指标,隧道变形具有科学性、及时性、可靠性和便捷性的优点。本文采用数值模拟方法 ,对围岩变形随支护结构施作时机、支护结构厚度、围岩弹性模量和隧道埋深四种因素的变化规律进行系统分析。研究表明。(1)随着应力释放率的增大,隧道拱顶和边墙处的围岩变形均不断增大,洞周围岩变形影响范围也不断增大。(2)随着支护结构厚度的增大,隧道拱顶和边墙处的围岩变形及影响范围不断减小,但减小趋势逐渐趋缓。(3)随着土体弹性模量的增大,隧道拱顶和边墙处的围岩变形及影响范围不断减小,但减小趋势逐渐趋缓。(4)随着隧道埋深的增大,隧道拱顶和边墙处的围岩变形不断增大,且在其他条件一定的情况下呈线性变化趋势。研究成果明确了四种主要因素影响下隧道的变形规律,对高铁隧道变形控制对策的选择具有一定的借鉴意义。     

饱水土质隧洞变形特性分析及影响因素研究

基于新疆库尉引水隧洞现场监测资料,对饱水土质隧洞变形特性及影响因素进行深入分析。根据其主导影响因素将土质隧洞的变形分为3个阶段:横向空间效应影响阶段→纵向空间效应+时间效应影响阶段→时间效应阶段,横向空间效应影响为开挖时出现塌方、冒顶的主要因素,可通过超前支护、减小横向空间面积等方式降低其影响;纵向空间效应+时间效应主导着第二阶段的变形,其合理的分离可为参数反演提供依据;第三阶段的时间效应主要为流变变形。对不同埋深、围岩类型以及支护强度影响下监测的变形数据的分析可知:低液限粉(黏)土整体性较好,主要发生与埋深有较大关系的形变变形,埋深越大,变形越大,且具有一定的流变特性;粉土夹砂层和粉细砂夹砾石排水量大,开挖过程中易发生小范围塌方,其变形主要以洞周一定范围内的松动变形为主,且与夹砂层的位置有较大关系,埋深对其变形影响不显著,在采取强支护措施及分步开挖方式下,监测到的变形量值均较小。支护结构在拱顶和边墙部位的变形特性有很大差异:拱顶变形稳定时间短,变形量小;低液限粉(黏)土围岩边墙处围岩塑性区范围随埋深增大,应力释放时间效应明显,形变压力不断增长,收敛变形量大。对于土质隧洞,钢拱架在限制围岩变形方面比钢格栅更为显著,考虑造价等因素,应根据不同地质条件、埋深合理选择支护方式。     

重庆涪陵地区软岩缓倾岩层隧道变形研究

为探索软岩缓倾岩层隧道的变形规律,以重庆涪陵地区软岩隧道为研究对象,通过有限元数值模拟的方法系统地分析了隧道在不同埋深下的变形规律以及在不同围岩下的变形规律。研究认为,随着埋藏深度的增加,隧道的变形程度减小。左拱腰、右拱腰和拱顶部位的位移较大,且拱顶的变形最明显。隧道的拱顶受应力最小但变形最严重,在隧道工程中应注重拱顶部位的塌陷预测与防护。     

邵家台软岩隧道变形的时间效应研究

基于邵家台软岩隧道工程地质施工状况,确立了邵家台隧道围岩变形监测方案;结合现场监测数据和软弱围岩变形特征,研究了邵家台隧道软弱围岩变形演变过程的时间效应影响,该研究对类似软岩隧道的设计、施工具有参考价值。     

高地应力断层带软岩隧道变形特征与控制措施研究

隧道在穿越断层地带时由高地应力引起的软岩大变形问题是隧道建设施工中难点,给隧道建设的施工与进度带来很大影响。本文结合区域地应力,围岩强度实验等分析柿子园隧道穿越断层地区产生支护结构破坏现象的原因,并对围岩压力,钢架应力,围岩变形进行了现场监测,得到了高地应力软岩大变形引起的支护应力特征与变形特征,提出了控制大变形的技术措施。研究表明,高地应力区软岩隧道穿越断层地带时,由于复杂的构造应力造成隧道结构受力不均,隧道左右两侧围岩压力,支护内力与围岩变形呈现出很大的不对称性。采用优化断面形式、加强初支刚度、非对称预留变形量和锚杆布置等措施可以有效减小隧道结构受力,控制隧道变形。     

松潘高地应力软岩隧道变形预测

以成兰高速铁路松潘隧道高地应力软岩大变形施工段为工程背景,对隧道典型断面D3K246+265的围岩拱顶下沉和水平收敛位移的实际监控量测数据进行回归分析并作曲线拟合,并据此预测围岩的最终变形量,并和断面D3K246+285的最终变形量进行对比验证。结果表明,该种变形预测方法对于赋存在复杂地质环境的高地应力软岩隧道具有较好的可行性,对调整与修正隧道支护设计参数、预留量的大小和保证隧道安全方面具有一定的指导意义。     

三明铁路隧道三台阶法开挖施工围岩变形特征研究

结合三明铁路隧道工程,利用弹塑性理论和离散单元法的基本原理,建立了离散元程序UDEC数值计算模型,并通过实测数据对数值模型进行验证,三明隧道开挖施工过程数值模拟结果表明:1三台阶法开挖施工有效抑制了软岩隧道围岩的大变形,且竖向位移主要集中在隧道拱顶和拱底处,水平位移主要集中在隧道两侧拱脚处;2受节理分布和断层的影响,隧道不同方向的位移场变形并不对称,同时隧道两侧拱脚处围岩的稳定程度相对较差,因此在施工过程中应加强拱脚稳定措施。最后将模拟数据与相应规范进行比较,进而对软岩隧道施工过程中隧道围岩稳定性进行评价,从而为软岩隧道的安全施工提供了技术保障。     

软岩浅埋大断面地铁隧道施工方法优选研究

在国内地铁建设过程中,一些浅埋大断面地铁隧道相继出现。鉴于目前对软岩浅埋大断面地铁隧道力学性质与支护结构机理及其施工方法的研究较少,以长春地铁出入线段隧道工程为依托,研究了不同施工工法、不同开挖进尺对软岩浅埋大断面地铁隧道围岩稳定性的影响,揭示了不同工况下隧道围岩的变形规律、应力分布特征。研究结果表明:在软岩浅埋大断面地铁隧道施工中,双侧壁导坑法更利于隧道围岩稳定。在施工中应以1m开挖进尺进行掘进,避免超挖,加强拱顶围岩预加固,勤于对重点区域(拱顶、拱底、拱脚以及隧道上方2D区域)进行监测,确保隧道围岩的稳定性。     

基于隧道断面相对变形率判定围岩稳定性的研究

目前常用的判定围岩稳定性手段主要是监测隧道特征点或测线位移,但这种监测方法评价围岩稳定性存在诸多弊端。为此,本文从应变能角度对隧道围岩系统势函数进行理论分析。首先推导了围岩4个分区的应力、应变及位移表达式,进而分析各个分区的应变能,据此建立了隧道围岩系统势函数,并根据软岩破坏时的全应力应变曲线特征,确立隧道围岩系统势函数尖点突变模型,提出了定量评价围岩稳定性的理论依据。利用数值模拟手段,分析了不同荷载释放系数下隧道围岩特征点或测线位移、隧道围岩系统势能、隧道断面相对变形率3类指标变化规律。根据尖点突变模型,利用3类指标对围岩稳定性做出定量评价,并对3类指标下围岩破坏时的荷载释放系数进行对比分析,探讨了利用断面面积相对变形率指标判定围岩稳定性的可靠性。     

隧道围岩与支护结构变形协调控制机理及工程应用

为解决高应力下隧道岩爆以及软岩大变形控制难题,本文从隧道围岩荷载与支护平衡、变形协调控制及围岩能量守恒三方面进一步分析地下工程平衡稳定方法的特点;根据不同围岩级别总结地下工程平衡稳定方法中隧道支护结构抗力与围岩变形特征曲线,并提出隧道围岩支护的施工建议;通过分析围岩与支护结构有效荷载传递规律与功能转换特征,揭示围岩平衡与支护结构变形协调控制机理,并结合高应变吸能层材料设计一种表征为“吸能让压 支承抗压”的一体化新型隧道围岩支护工艺。通过工程应用表明,基于新型支护工艺在岩爆、软岩大变形隧道中围岩压力降低28.09%,保障了隧道安全高效施工。     

导硐法施工中导硐位置及尺寸的优化研究

随着硐室埋深加大、围岩破碎、裂隙发育等因素的出现,岩石呈现明显的软岩特性,并由此产生了大变形、大地压、难支护等一系列工程问题。近几年逐渐采用导硐施工技术来解决这些问题,根据导硐施工法的原则:让硐室掘出后在原岩应力作用下充分产生流动变形、塑性变形,释放部分地应力,并利用围岩自身的承载能力,使地应力重新分布达到新的应力平衡状态,使地压力得到有效释放与控制。在导硐法施工中,如何优化导硐位置及尺寸是导硐施工技术的关键问题;建立不同导硐模型,通过Flac3D进行数值模拟,分析、比较导硐后硐室的塑性变形、位移和应力情况,得到一个最佳的导硐模型。     

深部软岩隧道施工性态时空效应分析

随着我国交通事业的迅速发展,在深部岩体中修筑隧道工程已必不可少,随之而来的深部岩体所具有的特殊工程地质问题也更加突出。主要对深部软岩隧道工程中施工力学性态和变形时空效应进行三维非线性黏弹性数值模拟,并将计算结果与现场实测数据进行比较验证。研究结果表明,计入围岩流变效应,考虑深部软岩隧道时空效应影响,在作业面影响范围内,开挖面空间效应占主导因素,围岩应力随距作业面距离的加大而逐步释放;在此范围外,软弱岩体流变属性得以充分发挥。通过分析和施工实践证明,对于深埋软岩隧道应尽早施作衬护,以改善承载环范围内围岩受力,减少扰动,提高围岩自承能力;由于软岩流变效应显著,必须适时设置二次衬砌以承受来自围岩的后期流变压力,限制围岩大变形。研究成果丰富了地下工程施工力学理论,可应用于工程实践。     

浅埋偏压小净距隧道围岩压力分布与围岩控制

根据浅埋偏压小净距隧道受力特点,研究推导了考虑施工工序及地形坡度的浅埋偏压小净距隧道围岩压力计算公式。分析了考虑不同地形坡度及同一坡度不同埋深2种工况下地形坡度及埋深对围岩破裂范围、水平侧应力、拱顶压力的影响规律,并指出了浅埋偏压小净距隧道围岩压力在考虑地形坡度下与水平地表下分布规律的差异,建立了3DEC数值模型以对上述理论规律进行验证,结果表明,数值分析规律与理论推导计算规律相吻合。将理论计算公式应用于马嘴隧道出口浅埋段隧道稳定性计算,由计算所得围岩稳定性系数及现场隧道变形监测结果提出隧道围岩及地表稳定性处理措施。     

软岩巷道变形的混沌研究

试验得出了软质页岩最大屈服应变,对软岩巷道变形进行了监测,用混沌理论研究了软岩巷道变形规律.根据监测数据,分别计算了巷道顶部和侧帮变形的分形维数和最大Lyapunov指数,并用Lyapunov指数法预测了软岩巷道的后期变形.研究结果表明:软岩变形具有混沌特性,混沌理论能较好地反映软岩巷道的变形与破坏特征;用重构相空间方法,能充分揭示软岩巷道变形与能量释放规律,据此可确定二次复喷时间;软岩巷道变形在相空间相邻点的距离以指数形式发展,当岩体变形达到最大屈服应变时便产生破坏,以此便可预测和分析巷道的稳定性.     

峡口隧道高地应力软岩段变形施工技术研究

结合工程实例,分析了在高应力作用下的隧道围岩和支护结构的变形特征,并采用超前预报技术、超前预加固等多种施工技术组合,探索出一套应对复杂地质高应力软岩隧道施工技术措施,同时根据现场围岩监控量测结果,验证了峡口隧道高地应力软岩段变形施工技术的科学合理性,对类似工程隧道建设具有一定的参考价值。     

马鞍子梁软岩隧道围岩变形规律及支护技术模拟分析

结合马鞍子梁隧道工程,采用FLAC数值模拟方法对该隧道上下台阶法施工全过程进行模拟分析,完成了现场监测研究,与数值模拟预测的结果进行了比较,得到了软岩隧道的围岩变形规律,提出合理的支护方案。结果表明,该开挖方法适用于此软岩隧道,竖向位移主要集中在拱顶和拱底处,拱顶位移比较大,水平位移主要集中在隧道两肩和两脚处。现场监测表明:隧道开挖初期拱顶下沉与水平收敛变形速率比较大,处于不稳定状态,随时间变形速率较小,曲线趋于稳定状态。FLAC数值模拟预测结果与实测结果基本一致,一次支护和二次衬砌的合理间隔时间为30d。