偏压隧道洞口高边坡挡墙的计算与优化

隧道的偏压是影响隧道洞口段边坡安全稳定性和洞口顺利施工的主要因素.在偏压洞口处设置挡墙已成为保障偏压隧道进出洞施工安全以及边坡稳定性的一种重要方法.本文结合宜巴高速公路庙湾1号隧道偏压洞口高边坡的挡墙施工方案进行计算与优化.首先采用改进条分法进行分析,提出隧道开挖削弱坡体抗滑力的力学模型,进行了洞口开挖前后边坡稳定性安全系数的计算;其次采用ABAQUS有限元软件对隧道洞口坡体滑移带进行计算,对不同挡墙施工方案进行了优化,并与实际监测结果进行了比较,表明先施作挡墙再进行隧道洞口施工较为安全经济.分析结果为偏压隧道的挡墙设计施工提供了参考.     

山岭浅埋隧道进洞方案优化与洞口段稳定性分析

若隧道洞口开挖时未采取合理的边坡加固措施，易导致边坡产生开裂、滑坡甚至崩塌等危害.以格鲁吉亚F3标5号公路隧道为背景，探讨了隧道洞口在微型桩墙支护和锚网喷支护两种加固方案下，隧道开挖引起的围岩位移场及应力场变化特征.利用有限元分析软件MIDAS-GTS建立三维模型，模拟隧道施工过程，并结合实际工程监测数据，对比研究了两种支护方案优劣性.结果表明：锚网喷支护方案围岩最大横纵向位移分别为3.55 mm和8.73 mm,最大拉应力为1.91 MPa;衬砌沿隧道开挖方向的最大弯矩为33.71 kN·m,最大横向位移为3.55 mm.锚网喷支护方案较微型桩墙支护方案更为有效，显著提高了洞口边坡稳定性.因此，锚网喷支护方案在该地形中更具合理性.其结论对山岭地区公路隧道的建设提供一定的指导作用.     

隧道洞口古滑坡堆积体边坡综合加固治理技术研究

为保证隧道安全进洞施工,须对隧道洞口人工取土扰动的古滑坡堆积体边坡进行综合加固治理.通过理论计算对抗滑桩、锚杆-锚索框架梁、坡脚回填反压等加固治理方案进行设计,利用Flac3D软件分析了堆积体治理前后的稳定性,对支护结构相关参数进行了优化,并对综合治理效果进行了评价,形成了一套较完整的隧道洞口堆积体综合治理技术.研究结果表明:优化的综合支护措施相比单一支护措施显著提高了边坡稳定性,且满足规范及边坡进洞安全要求,抗滑桩尺寸和距坡顶距离、锚索施加预应力值对边坡稳定性影响较大,此外,结合工程实际采用减一跨桥台增设路基的方案,实现边坡反压,提高洞口边坡稳定性.现场监测数据表明,经过综合加固治理后的古滑坡堆积体边坡满足规范要求,保证了隧道安全进洞施工.     

软岩隧道洞口爆破振动研究

以同寨隧道深埋软岩隧道洞口为研究背景,进行了隧道爆破开挖振动监测试验。对振动数据进行了归一化处理,得到了关于深埋软岩隧道洞口爆破开挖的萨氏经验公式,为爆破开挖设计优化提供了参考价值。在爆破振动速度研究中,爆破振动速度最大水平径向分量大于最大垂直分量,而最大垂直分量又大于最大水平切向分量。达到洞口位置时,爆破振动速度呈现出明显的增加,坡表表面呈现出明显的振动放大效应。深埋软岩隧道洞口开挖振动规律与断面尺寸、隧道埋深和软岩节理分布等有关。基于现场试验结果,建议在对深埋软岩隧道洞口施工中,采用隧道常规监测与爆破振动监测相结合,同时增加围岩压力测试等选测项目,可以全面监控深埋软岩隧道洞口开挖爆破振动规律,不断调整和优化爆破参数,降低爆破对软岩的损伤,有效提高爆破效果和施工效率。     

隧道洞口边坡变形控制与数值分析

为了保证隧道洞口边坡上建筑物的安全,必须控制边坡变形值,以满足产生的附加应力小于建筑物的允许值.某隧道洞口位于居民区,由于拆迁的不彻底,某居民楼距离隧道边界仅仅3m,所以洞口路堑开挖时要严格控制边坡的变形,保证居民楼正常使用,根据边坡上该建筑物的结构特点和使用年限,确定该边坡允许变形值为15 mm;在采用锚杆、喷混凝土联合钢筋网预加固的前提下,模拟了每步开挖路堑的长度和宽度,得到沿隧道方向每步长度开挖2 m且宽度3 m,边坡变形满足要求,并进行了跟踪监测.此结论可为类似工程的设计、施工提供借鉴和参考.     

小净距隧道洞口段施工方法优化分析

以小净距林屋隧道洞口段开挖为工程背景,对现场爆破振动、拱顶沉降和水平收敛进行监控量测.监测结果表明,在超前大管棚支护下,原设计开挖方法(CRD法)需要进行优化.由此提出了台阶法施工的方案,并结合洞口段地形状况和掌子面实际暴露的围岩状况,建立了有限元数值分析模型,以验证台阶法施工的合理性.监测和数值分析结果表明:台阶法施工的方案可行,体现了新奥法动态设计和施工的理念.结果可为超前大管棚支护下小净距隧道洞口段的开挖提供参考和借鉴.     

隧道超前小导管对掌子面稳定性影响分析

以河南省济(源)邵(原)高速公路王坑隧道为工程背景,利用ANSYS软件建立无超前小导管支护和有超前小导管超前支护两种工况下隧道三维有限元计算模型,通过隧道开挖模拟计算分析超前小导管对掌子面稳定性影响.计算结果表明:相对于无超前小导管工况,在有超前小导管工况下掌子面竖向的荷载和竖向应力以及掌子面水平方向位移都有一定程度的减少;改变超前小导管的环向分布范围和管径能够影响超前小导管的支护效果从而改善掌子面的受力情况.以上结果分析表明:超前小导管的存在增强了隧道掌子面的稳定性,使隧道的开挖过程更加安全.     

基于改进离散元强度折减法的堆积体边坡稳定性分析

针对开挖卸载对车峰坪堆积体边坡的不利影响,引入材料摩擦角和泊松比不等式改进离散元强度折减法,采用改进型离散元强度折减法计算车峰坪堆积体边坡各步开挖工况下的安全系数,模拟分析边坡开挖变形情况及边坡特征点的位移变化规律,评价边坡各步开挖工况下的稳定性,制定锚索支护的加固措施。结果表明:采用改进型离散元强度折减法计算的边坡安全系数略保守,计算结果偏安全;堆积体边坡开挖过程中出现滑塌、错台等不稳定现象;采用锚索支护的加固方法,堆积体边坡各工况安全系数均提高,减小了施工风险,前三步台阶特征点位移减少约90%,后两步台阶特征点位移减少约30%。     

盾构隧道基底软硬过渡地段列车振动响应分析

论述了隧道衬砌结构-围岩系统动力分析的理论和数值计算方法,采用激振力函数模拟高速列车竖向振动荷载,考虑隧道基底地层纵向软硬不均,建立了广深港客运专线狮子洋盾构隧道列车振动响应三维有限差分计算模型,研究了高速列车振动荷载作用下软硬不均过渡地段隧道衬砌结构振动响应规律,并通过引入长期列车振动荷载作用下地基土累积变形计算模型,预测了软硬不均地层条件下不同地段隧道基底的长期差异沉降.计算结果对评价软硬不均地层盾构隧道衬砌结构的动力稳定性和控制隧道基底不均匀沉降具有一定的指导意义.     

边坡稳定性的动力影响因素分析

边坡在地震或爆破振动等动力作用下的稳定性问题是目前研究的较热门问题．本文在总结影响边坡稳定性因素基础上,给出了描述震动效应的参数．地震或爆破振动的动力作用均可引起边坡的失稳,边坡的高度、形状、结构及地形特点也是决定边坡是否在动力作用下破坏的重要因素．此外,震源及质点的振动速度、振幅等也是判定边坡的失稳依据．     

Influence law of multipoint vibration load on slope stability in Xiaolongtan open pit mine in Yunnan,China

The purpose of this work was to explore the influence law of vibration load on rock mass structure and slope stability.Based on the type and transmission way of vibration stress wave,the main stress in the horizontal and vertical directions was analyzed and the superposition effect of the stress wave was revealed.After the mechanical analysis of the sliding mass,the calculation formulas of the anti-sliding force and the sliding force were derived and the damage mechanism of blasting vibration to the structural plane was defined.In addition,according to the structure and lithologic parameter of the slope as well as the vibration monitoring data,the west slope stability of Xiaolongtan open pit mine was analyzed.The results show that the time-dependent stability factor is proportional to the vibration speed and the peak values appear at the same time.Vibration load promotes the breakage of the structural plane leading to the drop of the west slope stability factor by 0.23%.Under the multipoint simultaneous blasting,the fluctuating laws of the stability factors are consistent.The more the start-up points are,the higher the weakening degree to the slope stability is.Under the multipoint allochronic blasting,the stability factor depends on the synthetic waveform structure of all vibration waves.The greater the blasting time difference is,the lower the weakening degree to the slope stability is.Selecting the reasonable quantity of start-up points and time difference could fully reduce the adverse influence of vibration load to slope stability.     

基于影响因素的隧道洞口岩质斜坡稳定性评价——以成兰铁路某隧道出口斜坡为例

以成兰铁路某隧道出口斜坡为例,将地层岩性、岩体结构与地质构造、工程开挖、震动作用和地貌条件确定为影响稳定性的主要因素;运用巴顿模型,获得主要结构面等效抗剪强度参数并应用于赤平投影分析;分别采用有限元和离散元软件对斜坡洞口开挖及地震作用下的稳定性进行数值模拟分析;综合多种方法的分析结果作出稳定性评价。最后给出了基于影响因素的隧道洞口岩质斜坡稳定性评价的几点认识。       

动力作用下锚杆格构支护土质边坡动态响应分析

地震边坡稳定性是岩土工程和地震工程中研究的重点问题之一。针对锚杆格构支护的均质土坡在地震荷载作用下的动力响应,通过振动台模型试验,分析了不同坡高地震加速度和速度响应规律、边坡位移特征及支护结构破坏特征,揭示了均质土坡及其支护结构在地震作用下的变形破坏机理。结果表明:随着振动次数的增加,边坡模型自振频率逐渐降低;低频动荷载作用下坡体上部加速度响应最大,但随着振动频率的增加,放大作用降低,即边坡对低频振动波有放大作用,而对高频振动波却有滤波作用;振动频率较小时,坡体整体速度较大,但不同高度差异较小,破坏并不明显;振动频率接近模型边坡自振频率时,坡体上部速度最大,下部速度最小,且变化明显,破坏性最大;动荷载作用过程中,滑坡体的变形模式表现为旋转位移和水平位移,滑体和基体间相对位移上部较大;支护结构破坏时,上层锚杆和中层锚杆被拔出,上部格构发生严重隆起;虽然边坡做往复运动,但最终仍有一定相对位移;在设计支护结构时,要适当加长上部锚杆的长度,并且对中、上部格构进行补强。     

前置式洞口法在西施坡隧道工程中的应用实例

为了解决山岭公路隧道进洞施工中的绿色环保问题,以工程实例为研究背景,介绍了隧道洞口处前置支护的施工过程,模拟了洞口处围岩的力学行为,分析了洞口段围岩和前置支护结构的位移场分布规律,结合了洞口段现场施工时的动态监控量测.研究结果表明:利用前置式洞口法处理山岭隧道洞口浅埋的工况时,洞口施工槽两侧及仰坡处的水平方向位移均不超过5mm,前置支护措施能提高隧道洞口处土体的整体稳定性.     

Numerical simulation for influence of excavation and blasting vibration on stability of mined-out area

Dynamic analysis steps and general flow of fast lagrangian analysis of continua in 3 dimensions （FLAC3D） were discussed. Numerical simulation for influence of excavation and blasting vibration on stability of mined-out area was carried out with FLAC3D. The whole analytical process was divided into two steps, including the static analysis and the dynamic analysis which were used to simulate the influence of excavation process and blasting vibration respectively. The results show that the shape of right upper boundary is extremely irregular after excavation, and stress concentration occurs at many places and higher tensile stress appears. The maximum tensile stress is higher than the tensile strength of rock mass, and surrounding rock of right roof will be damaged with tension fracture. The maximum displacement of surrounding rock is 4.75 mm after excavation. However, the maxi- mum displacement increases to 5.47 mm after the blasting dynamic load is applied. And the covering area of plastic zones expands obviously, especially at the foot of right upper slope. The analytical results are in basic accordance with the observed results on the whole. Damage and disturbance on surrounding rock to some degree are caused by excavation, while blasting dynamic load increases the possibility of occurrence of dynamic instability and destruction further. So the effective supporting and vibration reducing measures should be taken during mining.     

锚杆-围岩结构的耦合振动和减振

锚杆支护是隧道施工中常见的支护手段,而随着施工工况日趋复杂,锚杆与围岩的组合结构也承受着各类动力荷载的影响。针对隧道中单根锚杆的受力特性有较多研究,而对于锚杆和围岩组合体的动力特性研究较少。对锚杆-围岩结构进行整体分析,简化出一种巷道顶板锚杆支护模型,结合动力学双梁理论,建立并求解出模型动力学方程;运用MATLAB软件进行数值模拟,研究不同支护参数下结构的自振特性以及在外荷载作用下的动力响应,提出减振措施;利用有限元软件GTS NX建立二维模型,验证支护体系的安全性。结果表明：锚杆-围岩结构的动力特性与锚固段长度、锚杆间距和锚杆直径有关。在所建模型中,随着锚固段长度与锚杆间距的适当增加,结构动力响应明显减弱;随着锚杆直径的变化,结构动力特性的变化情况较复杂,结构不同部位的动力响应变化趋势差别较大。     

邻近既有建（构）筑物隧道爆破方案评价及优化方法

为降低隧道爆破对邻近结构的振动影响,提高隧道爆破质量,基于数值模拟和非线性模糊层次分析法（FAHP）提出邻近既有建（构）筑物隧道爆破方案评价及优化的新方法。借助Midas/GTS NX软件将爆破方案的等效爆破时程荷载作用于隧道的开挖轮廓并进行动力响应分析,结合建（构）筑物爆破振动安全判据对模拟监测点的振动影响进行评价和振动控制参数优化;运用非线性FAHP对满足振速控制标准的爆破参数进行合理性综合评价,并对影响评价结果的主要指标参数进行优化;根据符合各阶段合理性判据的爆破参数确定爆破方案。在工程应用中,经该方法优化后的方案较原方案单段最大药量减少了25%,测点峰值振速（PPV）降低了41.2%;方案实施后,现场监测结果与模拟结果的衰减趋势和峰值大小基本一致,且爆破效果符合光面爆破的相关技术要求,从而验证了该方法各阶段评定判据设立的合理性及方案评价和优化的可行性。     

露天边坡的系统动力学分析

从系统角度出发,建立边坡动力学模型,通过模型分析工程实际边坡系统的稳定性问题。研究边坡动力响应时,控制变量(如初始条件、激励振幅的强弱)对分析边坡的稳定性所采用的方法很关键。针对基岩与滑体之间存在一弱面的顺倾边坡,采用非线性振动力学方法,研究初始条件、激励振幅变化对系统响应的影响,为边坡的动力学稳定性问题分析提供参考。     

Seismic stability of loess tunnels under the effects of rain seepage and a train load

Loess tunnels are widely used in transportation engineering and are irreplaceable parts of transportation infrastructure. In this paper, a dynamic finite element method is used to analyze the coupled effects of a train vibration load and rainfall seepage. By calculating the variation in the safety factor of a loess tunnel because of the effects of various factors, such as different rainfall intensities and soil thicknesses, the dynamic stability of the loess tunnel is studied under the condition of a near-field pulse-like earthquake. The results show that the security and stability of the tunnel decrease gradually with decreasing burial depth. In addition, the plastic strain of the tunnel is mainly distributed on both sides of the vault and the feet, and the maximum value of the critical strain occurs on both sides of the arch feet. Because of the effects of the train vibration load and rainfall seepage, the safety factor of the loess tunnel structure decreases to a certain degree. Moreover, the range and maximum value of the plastic strain increase to various degrees.     

爆破震动场动力有限元模拟中爆破荷载的等效施加方法

比较了,应用LS—DYNA软件进行爆破震动场数值模拟时的几种不同计算方法的优缺点．结合各方法的特点及爆破震动场模拟的要求,提出了爆破荷载的等效施加方法,即将作用在炮孔壁上的爆破荷载依据圣维南原理等效后,施加在同排炮孔联心线或者面上,以模拟爆炸作用．数值模拟结果表明,不同的爆破荷载施加方法对应的数值模拟结果在近区存在一定差异,但在中远区吻合得较好．因此,使用施加等效爆破荷载的方法对中远区的爆破震动场进行数值模拟是可行的,且该法极大地降低了计算耗费．