软岩隧洞TBM施工中围岩变形预测研究

TBM施工过程中,为防止软岩变形导致卡机事故的发生,需要对围岩变形进行准确的预测。以巴基斯坦N-J水电站为研究对象,通过对围岩变形监测数据的反演分析,得到其蠕变参数,并采用反演得到的蠕变参数对大埋深洞段的围岩变形进行预测。结果表明,TBM在软岩段掘进过程中,围岩除了产生明显的弹塑性变形外还会出现明显的蠕变变形,且蠕变变形在TBM在开挖后的几小时内会迅速增加,增大了TBM卡机风险。建议TBM在软岩段掘进过程中,在保证安全的前提下尽可能快速通过。     

清江水布垭枢纽地下洞室施工开挖数值分析

通过非线性二维有限元计算,对水布垭地下电站洞室开挖围岩的应力与变形进行了分析,探讨了主厂房洞室局部软岩置换、喷锚支护等措施对围岩开挖位移与应力的影响。在此基础上,对设计采用的各种支护处理措施的加固效果以及地下厂房洞室围岩的整体稳定性作出评价。     

基于BP神经网络的隧洞围岩参数反演

隧洞开挖后为了得到准确的围岩参数来指导支护设计,利用现场隧洞收敛监测数据,采用Phase2联合MATLAB的BP神经网络工具箱进行围岩参数反演。结果表明:神经网络训练误差较小,有限元反演方法得到的参数能较好地反应围岩开挖后位移变化的规律,变化规律与实测收敛数据一致,利用BP神经网络反演隧洞围岩参数方法可行。     

考虑松弛及蠕变特性的隧洞稳定性数值分析

随着岩体工程的不断发展,隧洞的长期安全和稳定越来越受到重视。结合工程实例,依据某引水隧洞的现场监测成果和数值模拟结果,基于开挖松弛及软岩蠕变特性对隧洞围岩稳定性进行了研究。结果表明:引水隧洞变形量主要发生在顶拱,变形遵循显著变形期→缓慢变形期→基本稳定期的规律;对于软岩隧洞,在数值模拟计算时应重点考虑软岩的蠕变特性,即软弱围岩的长期变形特征对隧洞的稳定性起着决定性作用;同时,基于蠕变模型,还可以发现围岩开挖松弛厚度亦对模拟精度影响较大。     

基于RBF的隧洞岩体蠕变参数反演方法

岩体蠕变参数是软岩洞室设计和施工中的重要力学参数，为解决蠕变参数难以获取的研究现状，建立基于RBF神经网络的隧洞岩体蠕变参数智能反演方法。在综合分析工程资料的基础上，采用符合该工程岩体变形规律的蠕变本构模型，建立反映隧洞开挖支护工序和长期蠕变特征的仿真计算模型，以测点沉降值为指标，采用敏感性分析方法，确定待反演参数。通过正交设计和仿真计算构造训练样本，对RBF神经网络进行训练，建立蠕变参数和位移值之间的非线性关系。输入实测位移值，得到相应的岩体蠕变参数。将该方法应用于滇中引水工程的隧洞蠕变参数反演中，利用所得参数进行数值计算，计算结果与实测位移值误差较小，表明该方法合理、实用，且具有良好的精度，可为获取软岩隧洞蠕变参数提供简捷高效的方法。     

位移反分析在地下厂房开挖中的应用

针对官地水电站地下厂房,采用三维快速拉格朗日法(FLAC3D)对开挖及支护过程进行弹塑性有限元模拟,基于开挖过程中地下厂房围岩实测位移,采用BP网络和遗传算法对围岩变形模量进行反演,并采用反演模量值对地下厂房后续开挖过程中的变形进行了预测。研究表明,采用BP网络和遗传算法进行反演,可以提高反分析计算速度。反演得到的岩体变形模量为19.95GPa,在参数建议值范围内。采用反演参数对地下洞室后续开挖过程中的位移进行有限元计算和预测,预测位移与现场监测位移较为符合,说明反演结果是合理的。研究成果可为类似地下工程开挖变形预测提供参考。     

隧道围岩变形及其衬砌内力特征研究

位于土层和岩层交界地层中的隧洞,其力学特性和水文地质条件均发生显著的变化,从而导致塌方或者围岩变形过大等。利用数值计算方法,建立二维有限元模型,对某工程隧洞土、岩接触地层中隧道开挖围岩变形和衬砌受力特性进行分析,并采用不同施工方法进行比较。结果表明,土、岩接触地层中隧道开挖围岩沉降位移场是非对称的,沉降位移最大位置在拱顶30°处,正是需要加强支护的位置;先墙后拱开挖在隧道三种施工方式中围岩最大沉降位移最小,正台阶开挖方法围岩沉降位移最大,留核心土开挖方法介于二者中间。合理的支护方式和开挖方式是土、岩层交界地层中隧洞周边岩体稳定的基本条件。     

考虑应变软化的软岩浅埋隧道施工工法对比研究

为探求适合软岩浅埋隧道的施工工法,以某软岩浅埋隧道为依托,采用FLAC3D软件建立数值分析模型。首先根据位移释放率求得不同施工工法下的应力释放率;然后基于应力释放控制开挖的原理,对不同施工工法下隧道洞周变形及初期支护受力等进行分析;最后通过实测数据对数值模型的可靠性进行验证。模拟结果表明:CRD法对围岩受力变形的控制效果最佳,三台阶核心土法次之;三台阶核心土法下,开挖面前方围岩稳定性最好且初期支护受力最为合理。因此,推荐三台阶核心土法进行软岩浅埋隧道的开挖。     

引红济石调水工程试验支洞现场安全监测反演分析与优化设计

以引红济石调水工程试验支洞0+241.0段洞周收敛变形监测数据为依据,首先对监测数据进行分析,给出围岩稳定性评价方法;然后根据现场监测数据对试验支洞典型断面附近洞段围岩进行跟踪施工过程的有限元二维数值仿真反演分析,利用仿真反演分析的岩体参数对开挖后的围岩的稳定性?现有支护结构的安全性进行评价,并对已有的支护方案进行优化设计?     

大岗山电站地下厂房围岩开挖损伤动态反演分析

针对大岗山水电站地下厂房开挖施工过程,采用正交设计、最小二乘支持向量机（LSSVM）与粒子群（PSO）优化算法建立了考虑围岩开挖损伤效应的动态反演分析方法。首先采用高精密度的滑动测微计对地下厂房围岩施工期深部变形进行长期稳定的现场监测,获得大量的监测数据;再以围岩力学参数为基本变量,借助于正交设计方法设计一定数量的有限元计算方案,获得各种方案下与监测点相对应的有限元计算位移;最后利用智能算法进行围岩力学参数识别,结合施工进度,统计每一期地下厂房围岩力学参数反演结果,研究围岩参数的动态反演规律。     

小垂距交叉软岩隧道现场监测分析

针对公路与铁路小垂距交叉软岩隧道的特点,以云南某上穿公路隧道为背景,对该隧道右幅交叉段进行隧道净空收敛、围岩内部结构应力、围岩深部位移等项目的监测。根据监测结果,分析该隧道的围岩和支护结构的变形以及受力特点。结果表明,隧道右幅交叉段Ⅴ级围岩采用三台阶临时仰拱法开挖是可行的,能够有效地控制围岩变形,围岩稳定变形时间在30 d左右。监测成果可用于对隧道稳定性进行评估与预警,以便及时调整支护参数,保证隧道施工安全性。     

彭水电站尾水洞施工开挖过程数值分析

通过弹塑性有限元计算,对乌江彭水水电站尾水洞开挖过程进行了数值模拟.分析了施工开挖中洞周围岩位移的变化规律和开挖完成后围岩的应力和变形;探讨了由于开挖卸荷引起的岩体力学参数降低对围岩变形、应力的影响.在此基础上,对设计采用的锚固支护措施的加固效果及围岩稳定性作出了评价.计算分析表明:尾水洞群由于洞室开挖洞径大,洞室岩柱相对单薄,围岩开挖变形量较大,各洞最大位移在40～70 mm之间,相邻洞室间岩柱塑性区基本贯通,洞室高边墙的稳定问题将显得较为突出;设计喷锚支护措施处于正常承载状态,能够满足围岩稳定性要求.     

洞型及衬砌厚度对软岩隧洞围岩稳定性的影响

软岩隧道工程中,洞型及衬砌厚度是影响软岩隧洞围岩稳定性的重要因素。根据工程实际情况,采用岩土工程软件FLAC3D建立模型进行数值模拟,从位移、应力和塑性区等几个方面分析洞型及衬砌厚度对围岩稳定性的影响。研究结果表明,圆形断面为最优开挖断面;衬砌厚度增加时,位移量和塑性区范围反而减小,主应力相差不大:选取1m作为最终衬砌厚度。     

软岩地层围岩蠕变对输水隧洞安全性的影响研究

软岩地层中，隧洞的受力和变形常会受到周围岩体长期蠕变的影响。依托软岩地层中的引水隧洞工程，采用Flac3D软件，对软岩长期蠕变给隧洞安全性带来的影响进行研究。结果表明：(1)泥质围岩经过50年的蠕变，最大底鼓位移量为1.01e-1cm,位于隧洞正下方；(2)围岩经过50年的蠕变，最大下沉位移量为6.75e-2cm,位于隧洞正上方；(3)软岩围岩在经过长期蠕变变形后，最大底鼓位移量大于最大下沉位移量，且隧洞断面利于受压而不利于受拉，隧洞应加强底部的设计。     

大型地下工程围岩力学参数反分析方法研究

基于实时位移监测数据的大型地下工程围岩力学参数反分析理论是实现工程动态反馈优化设计的基本手段。将小波理论与传统BP神经网络结合形成小波神经网络,提高了映射系统的非线性泛化能力;利用均匀设计方法确定围岩待反演物理力学参数组合,并通过有限元正分析计算围岩在相应参数下的理论变形位移,形成网络训练样本集;将小波神经网络作为反分析的人工智能学习算法,映射围岩变形理论位移和力学参数之间的非线性关系;将现场监测位移输入到训练好的网络,计算围岩力学参数的反演值。工程实例验证表明,与传统理论相比,该理论可大大提升反分析的效率和准确性。     

大岗山地下厂房洞群施工开挖围岩稳定性分析

为分析大岗山水电站地下厂房洞室群施工开挖过程中围岩的稳定性状况,采用多元回归分析方法反演了厂区初始地应力场,提出了厂区初始地应力的分布函数;根据建立的地下厂房三维数值计算模型,获得洞室开挖后围岩位移场、应力场和塑性区的变化规律。计算结果表明:大岗山地下厂房洞室群开挖后围岩整体是稳定的,洞周分布的软弱岩脉是影响围岩稳定的关键因素,在地下厂房施工过程中,必须对软弱岩脉和开挖暴露的破碎带进行超前注浆加固处理。计算成果有效指导了工程的设计与施工。     

软岩引水隧洞围岩稳定性分析

为研究软岩区引水隧洞开挖变形规律，基于某软岩引水隧洞工程实例，对现场监测数据进行分析。结果表明：(1)受软弱岩层的影响，掌子面开挖6m以内，拱顶沉降值和周边位移值的变化最大，且拱顶位移沉降和周边位移与时间的关系符合指数函数关系；(2)软弱岩层隧洞开挖后，围岩自身很难迅速形成自稳定岩圈。当施加支护结构后，且支护结构与围岩形成支护拱圈时，位移才会有所收敛。在实际隧洞施工过程中，对于监测断面25m以内的位移监测要适当进行加密；(3)对于软岩区隧洞，因隧洞地层的工程性质较差，隧洞开挖后要及时进行支护。在实际施工过程中，要重视现场隧洞变形监测，发现问题及时处理。     

浅埋小净距隧道中夹岩柱稳定性及加固方案研究

为了探究小净距隧道中夹岩柱稳定性及加固方案,以四川德阳白竹山1号隧道为背景,基于普氏平衡拱理论,提出小净距隧道中夹岩柱上覆围岩压力计算公式,研究了小净距隧道上覆围岩压力影响因素。运用有限元软件MIDAS GTS NX建立浅埋小净距隧道三维模型,分析了在不同隧道净距工况下的围岩位移、塑性区分布以及中夹岩柱竖向应力分布情况,确定了合理净距。对中夹岩柱进行区域划分并对不同组合方式进行注浆加固,研究了不同加固方案对围岩变形的控制效果。研究结果表明:小净距隧道开挖方式、中夹岩柱加固措施和隧道净距直接影响平衡拱的形成以及上覆围岩压力的大小;白竹山1号隧道进口小净距段设计净距13.94 m是合理的;对中夹岩柱中岩盘采用小导管注浆加固极大地提高了中夹岩柱整体性和稳定性,限制了围岩变形。研究成果可为类似小净距隧道中夹岩柱最小安全净距及加固设计和施工提供参考。     

浙江省某超长输水隧洞围岩收敛施工期观测分析

通过浙江省某超长输水隧洞围岩收敛施工期观测分析,总结"新奥法"施工的隧洞收敛变形一般规律。由于围岩开挖的时空效应,开挖初期位移增大,随着时间的增加和测点离掌子面的距离越来越远,一般情况下围岩的变形速率越来越小,位移逐渐趋于稳定。硬质围岩变形在较短时间内趋于稳定,且收敛变形较小;软质围岩变形蠕变时间长,收敛变形较大。工程观测结果反映围岩变形发展动态,并及时报警并采取加强支护的措施,加固后变形速率逐渐减小,围岩变形趋于稳定,确保工程施工安全和经济性。     

超大埋深高地应力软岩隧道衬砌设计研究

围岩初始地应力场是隧道工程稳定与支护结构设计所需要的基本因素之一，在超大埋深高地应力软岩隧道衬砌设计过程中，如何合理确定围岩压力并进行衬砌针对性设计参数是工程师关注的重要问题。以某铁路超大埋深高地应力软岩隧道为研究对象，从理论推导和数值模拟两个方面出发对围岩压力进行研究，即基于卡斯特耐尔拓展公式理论推导确定围岩压力和基于ANSYS有限元分析软件进行三维地应力场模拟，研究了不同地应力水平和预留变形量组合下的围岩压力，并对三维地应力场模拟结果进行分析探讨；通过上述方法确定围岩压力后，建立有限元分析模型对高地应力软岩隧道衬砌参数(以Ⅳ级围岩为例)进行设计，检算衬砌参数可靠性并形成成果，可以为类似工程提供参考。