埋深及断面尺寸对隧洞围岩稳定性的影响

埋深及断面尺寸是影响隧洞围岩稳定性的重要因素.基于卸荷岩体力学理论,利用有限元分析程序ANSYS和大型岩土工程差分软件FLAC3D,对不同埋深和不同断面尺寸隧洞围岩的稳定性进行了模拟分析.结果表明:随着埋深的增大卸荷作用对隧洞围岩变形的影响越来越大;在埋深由小变大过程中,围岩经历了“压力拱”出现和消失过程;断面尺寸对浅埋隧洞围岩稳定性的影响较小,对深埋隧洞围岩稳定性有较大影响,并且随着埋深的变化其影响表现出不同的规律.     

高地温影响下的水工隧洞围岩应力变形规律分析

针对高地温环境下的水工隧洞,从平面空间角度出发,对不同方位路径、围岩深度、温度变化、地层深度、侧压力系数影响下的隧洞围岩应力变形特征进行研究。结果表明:隧洞开挖面处径向应力为零,离开挖面越远围岩径向应力就越大,隧洞开挖后围岩位移最大值位于拱顶处。围岩深部温度变化会对开挖面位移产生较大影响,对隧洞拱顶及洞底位移的影响尤其显著。隧洞所处地层深度对隧洞侧墙环向应力的影响明显,隧洞埋深越深,侧墙环向应力越大;隧洞拱顶位移最大,洞底处次之,侧墙中部最小。不同侧压力系数下,隧洞开挖面环向应力在侧墙处最大,而位移在侧墙处达到最小,隧洞开挖面环向应力关于隧洞水平轴线呈上下对称。     

隧洞围岩稳定性及支护时机分析

通过荷载释放法计算确定某水电站尾水隧洞的最佳支护时机,并依据该最佳支护时机分析毛洞开挖和采用拟定支护措施下围岩整体稳定情况。结果表明,洞室开挖过程中洞周应力释放,围岩应力重分布;随着围岩荷载释放率的增加,洞室最大变形量也有所增加,围岩应力释放率达到70%时,测点变形增量显著增加,此时为该深埋隧洞的最佳支护时机;相较于裸洞开挖,施加喷锚支护能改善隧洞整体应力变形和塑性区的发展,同时又可很好地控制支护成本。     

白鹤滩水电站左岸主厂房分级开挖围岩变形规律研究

白鹤滩水电站地下洞室群结构复杂,主厂房第Ⅰ—Ⅴ级开挖,围岩变形量大、围岩稳定性问题突出。依据主厂房第Ⅰ—Ⅴ级开挖、支护完毕后围岩变形监测资料、地质资料、现场施工情况,得到主厂房围岩变形规律。在高地应力和大埋深共同作用下,0+12(1号机组)断面围岩位移量最大,为58. 18 mm;主厂房下游边墙围岩位移量大于上游边墙;围岩松弛卸荷区距离洞壁3. 5~6. 5 m;围岩位移与开挖卸荷关系紧密;开挖临近监测断面时,位移~时序曲线呈台阶式增长;开挖结束后,随着开挖面远离监测断面,围岩位移量增长速度较小,最终趋于稳定。总结分析白鹤滩左岸主厂房围岩变形规律,对于保证主厂房分层开挖施工期安全和预测下阶段洞室开挖围岩稳定性具有重要意义。     

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.     

某引水隧洞深埋软岩洞段围岩变形量敏感性分析

通过深入分析西南某深埋长引水隧洞软岩洞段地应力钻孔实测资料,得到了水平构造应力侧压系数随隧洞埋深的变化规律。在此基础上,采用快速应力边界法开展数值计算,探讨洞型、围岩类别、埋深等因素对该段围岩变形量的影响及其变化规律,开展了围岩变形量敏感性分析。结果表明,该洞段围岩变形量随围岩类别降低而增大,随埋深增加而增大。研究成果可为该类隧洞深埋软岩洞段开挖支护设计提供借鉴。     

基于开挖卸荷效应的地下洞室围岩稳定性分析

在地下洞室实际施工过程中,围岩处于复杂的应力路径中。基于开挖卸荷理论,以某抽水蓄能电站地下进厂交通洞为研究对象,结合室内试验与三维有限元数值模拟,对洞室位移应力的分布规律及整体稳定性进行综合评价。分析表明,考虑开挖卸荷效应洞室围岩变形能较好地反映围岩的稳定性。室内试验与数值模拟相结合的分析方法对类似工程具有一定参考价值。     

洞室围岩收敛变形灰色理论预测

洞室开挖后，洞周围岩的应力状态将会发生应力重分布。这是一个复杂的物理力学过程，其直观表现是洞室围岩发生位移。在以新奥法为代表的现代隧洞工程中，常常以收敛变形量测值作为判断围岩稳定状态和支护结构的经济合理性指标之一。一般地讲，围岩收敛变形是随时间而变化的。因此，收敛量测得到一个与时间顺序有关的数据列。我们曾根据围岩变形随时间变化的特点，利用岩石流变理论进行了研究。本文简略地介绍了采用灰色理论的原理和     

高埋深岩体片理角度对开挖洞室稳定性影响

基于卸荷理论,采用岩土差分软件FLAC分析高埋深作用下不同片理角度岩体对开挖洞室变形的影响。不同片理角度下隧洞模型水平向、竖直向位移以及塑性区对比可以看出,卸荷作用下片理角度对隧洞稳定性影响较大。随着岩石片理角度的增大,隧洞水平方向位移逐渐增大,隧洞周围关键点竖直向位移先增大后减小,当岩石片理角度为40°~60°时,竖直向位移量最小;隧洞周围的岩体塑性区在洞轴两侧大致呈X形分布,塑性区方向、大小及位置与片理角度关系密切;当岩体承受同样的荷载作用时,岩体节理方向与隧洞夹角的变化使得隧洞周围的变形差异较大,在实际工程中应注意岩石片理特性对工程开挖的影响。     

深埋隧洞连续爆破开挖围岩应力演化规律

针对高地应力赋存环境下深埋隧洞连续爆破开挖过程,采用ANSYS/LS-DYNA动力有限元软件模拟分析了围岩应力演化规律。通过对比分析准静态地应力重分布、地应力重分布与爆破荷载耦合作用2种工况,获得了高地应力赋存环境下深埋隧洞连续爆破开挖推进过程中的围岩应力演化规律及影响因素:深埋隧洞围岩主要表现为高地应力作用下的剪切破坏,隧洞连续爆破开挖卸荷过程中地应力重分布是洞壁远区围岩应力场改变的主要原因,炸药爆炸产生的爆破荷载只对炮孔附近的围岩应力产生影响,使炮孔附近围岩产生爆破张拉损坏。就本算例而言,连续爆破开挖卸荷只对掌子面后方约4 m范围内围岩产生影响,连续2个循环进尺后隧洞围岩应力场基本趋于稳定。     

丹巴水电站引水隧洞开挖期围岩流变分

依托丹巴水电站引水隧洞开挖工程,考虑隧洞不同深度围岩的受力特点将围岩进行分区,把加载流变试验和卸载流变试验参数分别赋入,计算得到了隧洞围岩衬砌的弯矩与轴力分布,可作为衬砌厚度及配筋设计等方面的参考要素。给出了80%、85%预留量条件下的衬砌所受轴力,各向同性与横观各向同性本构计算出的最危险工况内力叠加,以便在考虑流变条件下的衬砌厚度选取。     

岩体隧洞岩爆过程微震特征及其扩展机制

基于深部岩体隧洞不同开挖方式下的岩爆现场情况及微震监测数据,确立了最大能量微震事件岩爆发生时间、等级的判定标准。在此基础上,对深埋隧洞即时型岩爆的孕育及发生过程进行了研究,结果表明:即时型岩爆孕育过程中围岩岩体处于破坏加速集聚并不断扩展的过程,此过程中微震事件数量不断增加、能量参数不断增大,当岩爆发生时达到最大值;TBM开挖过程可近似为准静态卸荷,受到开挖方式的影响其裂隙扩展范围相对较小,围岩承载力也较强;而钻爆法开挖是初始应力的动态卸荷,爆破冲击荷载造成的裂隙扩展范围较大,同时其围岩储能能力相对较差。     

岩质隧道开挖稳定性脆弹塑性损伤分析

岩质隧道的施工过程是典型的卸载力学过程.由于岩体在加载和卸载条件下应力路径的不同,仅采用加载条件下所建立的力学模型来研究隧道的开挖稳定性问题是不适合的.笔者从隧道围岩的力学性能及破坏机理出发,引入损伤力学理论,建立三维非线性脆弹塑性损伤有限元模型,研究在加、卸载条件作用下隧道施工全过程的围岩稳定性,为实际工程提供理论指导作用.     

隧洞穿越高应力压密散体施工对策及其适应性分析

滇中引水工程狮子山隧洞处于F_Ⅲ-102和F₁₆断裂构造夹持带,地应力高,其D₁^l钙质页岩、炭质页岩呈散体压密结构。地质分析表明,区域地质挤压构造残余高地应力是隧洞大变形的主要动力源,低抗载性劣化破碎结构是隧洞产生失稳变形主要内因。现场揭示隧洞破坏形式主要表现为开挖卸荷失稳坍塌、掌子面挤出、支护严重挤压变形。针对高地应力条件下散体压密结构的围岩特性和典型破坏特征,提出施工应遵循“预支护、快掘进、快支护、快闭合”的原则,并总结了适用于该地质条件的针对性施工对策:选用ST-20管棚钻机进行长15 m的Φ108 mm大管棚超前预支护施作与周边和掌子面围岩注浆加固;采取“及时强支护”并设置让压锚杆和长锁脚锚管抑制变形措施;施工期间加强围岩监控量测和围岩内部变形监测,实施动态控制,信息化施工。实践证明,隧洞穿越高地应力挤压破碎带时,采取对浅部围岩进行加固、主动支护与被动支护相结合的施工措施,能有效抑制围岩松动圈向深部发展与变形,有力保障隧洞安全顺利施工。     

开挖卸荷理论在隧道工程中的应用

介绍了卸荷岩体稳定分析的基本方法,描述了卸荷岩体的自然力学状况,指出岩体在开挖过程中的受力过程是应力的卸荷过程.结合某隧道工程岩体开挖卸荷实际,应用开挖卸荷岩体理论与方法对其初始工况、开挖工况及卸荷工况进行分析.表明考虑开挖卸荷后,岩体的应力场与位移场均发生了变化.     

文登抽水蓄能电站地下厂房施工期围岩变形机理分析

文登抽水蓄能电站地下厂房岩性较好,但地应力场相比同等埋深下其它工程偏高,且主厂房有断层穿过。为更好地分析地下厂房施工期围岩稳定性,依据文登抽水蓄能电站地下厂房施工期地质情况、物探成果、安全监测数据和数值分析成果,对施工期围岩变形机理进行了分析。成果表明,地下厂房开挖扰动使围岩出现松弛,松弛深度在1．4ｍ以内;地下厂房总体变形不大,支护体系受力也在正常范围内,较大变形和支护受力区域主要受局部不良岩体结构和较强的开挖卸荷扰动影响所致;受较高岩体质量和地应力场条件影响,厂房开挖后围岩松弛圈内易出现平行于边墙的卸荷性裂隙,使得围岩中局部可能会出现相对较大的变形和较高的支护受力。     

地面荷载和衬砌支护作用下浅埋隧道的围岩应力解

为研究地面荷载对有衬砌支护的浅埋隧道围岩应力的影响,在Verruijt研究复杂边界条件下浅埋隧道围岩应力问题的基础上,考虑隧道衬砌支护及地面荷载共同作用对浅埋隧道围岩应力稳定性的影响,求得了浅埋隧道围岩应力解并分析了多个因素对隧道围岩应力场的影响。结果表明:地面荷载越大,隧道腰部环向应力越大、底部环向应力越小;衬砌支护作用越大,隧道腰部环向应力越小、底部环向应力越大。地面荷载和衬砌支护作用不会改变浅埋隧道周边环向应力的分布规律及其受力最不利位置,但会改变其大小及作用方向。开挖过程中隧道拱腰处易出现土体失稳破坏。     

大型地下厂房含蚀变带围岩变形特征与机理分析

大型地下厂房的洞室开挖规模较大,围岩稳定问题突出;而当厂区蚀变带发育时,围岩发生大变形的风险可能骤增。依托丰宁电站主厂房洞室开挖工程,结合地质资料和监测数据,对大型地下厂房含蚀变带围岩的变形特征与机理进行了分析。结果表明:开挖边墙变形普遍较大,多个监测值超过50 mm;开挖规模较大的区域变形更大;受蚀变影响的围岩时效变形明显。分析认为丰宁电站主厂房围岩变形受到蚀变带、大规模开挖和地应力的综合影响:沿结构面广泛分布的蚀变带削弱了岩体质量,成为大变形的内因;大规模开挖造成围岩卸荷损伤,创造了大变形的条件;而与厂房纵轴线大角度相交的地应力大主应力则放大了前两者的不利影响,最终导致大变形发生。     

输水隧洞软岩段TBM掘进挤压大变形与支护受力分析

隧洞软岩大变形严重威胁到 TBM 安全运行,软弱围岩的变形具有明显的蠕变特性。针对某深埋输水隧洞软岩TBM掘进洞段的围岩变形和支护结构安全展开分析和评价,研究高应力条件下软岩的蠕变特性,比较不同支护方式管片结构的受力状态。研究表明:软岩洞段TBM掘进采取大断面扩挖和管片+豆砾石层+聚乙烯泡沫板缓冲层支护,缓冲层的施加明显改善管片的受力状态,有效地提高了管片结构的安全裕度。建议在类似的深埋软岩隧洞工程中,开展有针对性的岩体流变试验和变形监测,选取合适扩挖断面尺寸和支护方式,给围岩变形预留足够空间,为TBM的顺利掘进提供可靠的作业条件。研究成果为保障隧洞顺利掘进提供了技术支持,也可为其他同类超长深埋隧洞的修建提供参考。