二道垭隧道开挖与支护的数值模拟分析

大量工程实践表明，岩体工程开挖后的应力调整和变形并不是瞬时完成，本文采用大型有限元工程模拟分析软件ABAQUS，模拟二道垭隧道的开挖与支护过程，研究隧道开挖后考虑不同的应力释放比例后再支护时，围岩的变形及锚杆的受力情况．计算结果表明：对于松软岩层来说，考虑应力释放后再支护的计算结果更好地反映工程围岩的变形和破坏特性．     

地应力释放对隧道围岩稳定性影响的研究

新奥法的基本原理要求"隧道围岩支护过程中,一方面允许围岩有一定程度的变形使其产生受力环区;另一方面,又必须限制围岩的位移量以避免围岩变形过大而产生严重的松弛卸载".结合正在施工的某隧道工程,采用数值方法对其开展在不同地应力释放下围岩稳定性影响的研究.结果表明:地应力释放越大,锚杆承担的荷载越小,围岩的塑性区发展范围越大.因此,在隧道开挖施工过程中,合理地控制围岩应力释放比例,可以有效地改善围岩的应力状态以及塑性区的发展范围.所得结果对深埋隧道围岩稳定性分析、确定合理的支护时机与支护措施以及制定合理的开挖方案具有一定的指导意义.     

隧洞支护效应的探讨

基于弹性理论,对隧洞开挖后和进行喷锚支护后的应力和塑性变形进行分析。运用FLAC 3D模拟了隧道开挖与支护过程中的力学行为,得到隧道在无支护和喷锚支护作用下围岩的塑性及应力变形情况。结果表明,在喷锚支护中,对锚杆施加预应力,其值为当隧道塑性区消失时所需支护力的大小。这种支护提高了围岩的自承能力,使围岩塑性区的扩展在隧道开挖不久就得到有效抑制,能有制止隧道围岩的进一步破坏。     

隧道开挖面附近约束损失分析

隧道开挖面附近呈现三维应力状态,分析开挖面附近围岩与支护的相互作用较为复杂。这种复杂的应力分析往往需通过三维数值模拟来解决。然而,采用径向虚拟支护压力的约束损失概念,能近似地将三维应力转换为二维应力进行分析。隧道约束损失通常以洞壁径向位移为研究对象,本文采用隧道围岩弹性变形以及塑性变形的收敛线,分析这两种情况下的约束损失与位移释放的关系,介绍了位移释放率沿隧道纵轴线的分布规律。采用FLAC3D模拟了静水应力场下无支护圆形隧道,研究了岩体膨胀角、摩擦角以及粘聚力对开挖面的位移释放率的影响,并和已有公式的纵断面曲线进行了比较。研究结果表明,隧道的位移释放率受岩体膨胀角影响较大,而受粘聚力的影响很小。     

深埋交叉隧道动态施工力学行为研究

分离式独立双洞之间的横通道开挖,再一次引起主隧道围岩和支护结构的应力释放与重分配,引起交叉段附近岩体与支护结构力学行为发生变化。结合高地应力区深埋隧道工程,通过3D弹塑性有限元数值仿真模拟,分析横通道不同施工方案和动态施工过程对主隧道围岩与初期支护结构力学行为的影响。分析结果显示,横通道的开挖对围岩应力和位移影响较大,对交叉侧主隧道侧壁初期支护应力及交叉对侧主隧道侧初期支护3σ和XY平面的剪应力影响较大。为深埋隧道交叉段监控量测系统的设计、施工方案优化及安全控制提供了依据。     

基于收敛-约束原理的岩质隧道初衬安全系数计算

以越岭公路岩质隧道为研究对象,构建隧道围岩与支护结构的安全系数.首先,基于围岩开挖后二次应力场的空间效应,确定隧道模型的边界条件、尺寸要求及应力条件.结合实际的隧道工程施工工艺,建立具备开挖支护功能的隧道三维数值模拟研究模型,以该模型作为研究隧道开挖与支护结构耦合分析的基础.基于数值模拟计算,分别构建围岩收敛曲线及纵向变形规律曲线.其次,建立隧道围岩与支护系统的收敛-约束图,并基于收敛-约束原理建立岩质隧道初衬安全系数求解方法.最后,通过案例分析,详细展示上述过程.结果表明该安全系数法可以量化表征围岩开挖与支护过程中的隧道安全性问题.同时,若以安全系数为量化分析指标,则能够对隧道施工工艺进行优化.     

隧道开挖引起地表变形及应力分布模拟分析

应用有限元法对某地铁车站隧道开挖引起的地表沉降和水平变形及隧道围岩的应力分布进行了模拟分析．结果表明,在隧道开挖过程中,采用边开挖边支护的方法可以有效减轻地表沉降及水平变形．     

基于ANSYS有限元软件的隧道开挖支护数值模拟分析

为了探究隧道开挖过程中结构的受力情况,文章依托位于重庆的分水隧道工程,利用有限元软件模拟公路隧道真实开挖过程,通过分析隧道围岩开挖过程中结构的应力、位移和弯矩的变化,实时判断施工各阶段围岩的稳定性。计算结果表明,在隧道开挖过程中,应力集中主要出现在边墙、拱顶和拱底,因此应适当加强这些重点部位的支护。     

不同长度注浆锚杆支护效果及围岩变形曲线规律

为了探究注浆锚杆支护作用效果,以吉林甄峰岭隧道已出现大变形的软弱围岩区为例,分析了不同注浆范围条件下隧道循环进尺开挖后围岩变形规律.根据大变形区域实测位移进行反演分析,获取隧道围岩真实力学参数,分别对不同注浆锚杆施工支护方案进行循环进尺开挖计算,获得了各方案下隧道各位置位移变化曲线,并采用单元安全度方法对计算结果进行评价.结果表明,目标工程的注浆锚杆最佳应用长度为3 m,其作用效果主要体现在对急速变形阶段变形量的控制.     

软弱破碎围岩隧道大变形施工力学行为及支护对策研究

围岩大变形是一种常见的、危害极大的施工地质灾害,为了减弱乃至消除此类灾害对工程的影响,首先,基于工程地质条件和地应力测试结果分析,揭示了典型地段软岩挤压大变形的成因;其次,采用有限差分程序研究了软岩段施工过程中围岩的受力和变形特征,分析了支护结构对围岩稳定性的影响,考虑支护有效抑制了围岩变形,将开挖造成围岩变形的影响范围由2倍洞径减至1倍洞径,较好地稳固了掌子面的挤压变形;最后,根据考虑支护的施工过程模拟结果分析,提出了该段软岩大变形控制措施及其变形过大造成侵限的具体处理对策,经开挖后监测数据验证,措施有效,确保了软弱破碎围岩隧道的顺利施工,对类似工程具有一定的借鉴意义。     

考虑爆破效应的隧道开挖损伤区及渗流场分析

针对爆破效应对围岩力学参数及渗透系数的劣化问题,根据岩石弹塑性力学、连续损伤力学、有效应力原理及渗透系数演化方程,提出了基于Hoek-Brown准则的岩体弹塑性损伤模型,并给出了模型的有限元数值求解算法.以甄峰岭隧道为工程依托,对所选断面开挖损伤区进行数值分析,通过声波检测手段确定爆破扰动范围及损伤值,修正计算力学参数和渗透系数.结果表明,考虑爆破效应后的开挖损伤区,位移值和涌水量均大于不考虑爆破效应时的数值,进行工程稳定性评价时应充分考虑爆破因素的影响.     

两郧断裂带十漫高速公路隧道围岩稳定性研究

应用非线性有限元法和施工过程力学的基本原理,研究十漫公路隧道的开挖、支护的原理,根据两陨断裂带的岩体特征,采用分步加载和荷载释放的原理,对隧道的整体稳定性以及围岩和支护结构的受力特征进行了详细分析.由数值模拟结果可知:隧道环向处产生应力集中,且初次衬砌和二次支护结构应力较大;局部断裂破碎带对二道垭隧道的影响较大.因此需要在施工中采用合理的开挖支护方法,确保隧道的施工期及正常运营期的稳定性.     

浅埋偏压隧道进洞施工围岩稳定分析

针对破碎岩体浅埋偏压隧道围岩稳定性问题和进洞工法的取选,选用ABAQUS有限元软件对广西岭顶隧道分别采用三层台阶法、中隔墙法和双侧壁导坑法施工进行数值模拟研究,分析不同施工方法下围岩及支护结构的应力、应变及塑性区分布变化等情况。结果表明:由于隧道存在明显的浅埋和偏压作用,进洞适宜采用中隔墙法和双侧壁导坑法施工作业,能较好地保证隧道的稳定性。在该工程条件下,中隔墙法对拱顶和地表的沉降变形控制较好,而双侧壁导坑法对拱腰处的变形控制更佳。中隔墙法支护结构的内力和弯矩主要集中在拱顶左侧。双侧壁导坑法支护结构的内力和弯矩左右两侧对称分布,隧道拱顶正上方锚杆受力较小。进洞开挖步距不宜过大,确定每次开挖在2 m以内即可。     

基于弹塑性有限元的深挖路堑碎裂岩质边坡稳定性分析

西部地区地形地质条件复杂,对于岩体破碎、裂隙发育的边坡,前期地勘和试验工作获取到的信息非常有限,难以确定岩体力学参数统计特征。本文结合边坡施工开挖逐步揭示的工程地质信息,建立切合工程地质特征的三维弹塑性有限元模型,模拟边坡开挖过程对工程岩体岩石力学参数进行反分析,对比开挖过程测斜监测获得的位移变形,获得了接近实际情况的最优计算参数,并利用获得的参数分析边坡的稳定性,预测开挖加固效果。结果表明,采用基于弹塑性有限元的边坡稳定性分析是有效可行的,可以计算得出岩体位移场,应力场的变化特征,揭示边坡开挖变形的内在机制。本研究为复杂地质条件下信息化施工设计提供了一种新方法。     

基于ADINA的边坡开挖变形与稳定性分析

针对水布垭水电站溢洪道边坡开挖变形与稳定性问题,建立边坡岩体的力学模型,利用ADINA软件进行数值仿真模拟.通过算例分析边坡岩体的应力、位移等,对边坡的安全稳定性进行讨论,并结合工程实际对该水电站溢洪道边坡开挖工程作出了评价.     

水工隧洞砂岩段围岩环形开挖预留核心土法受力分析

宁夏沙坡头水利枢纽北干渠输水隧洞砂岩段属V类围岩,岩体自稳时间短,自稳程度差,因此需要通过数值模拟对隧洞施工方法进行分析．设计采用环形开挖预留核心土法进行开挖支护施工．利用ANSYS有限元软件,采用Druck—Prager弹塑性模型对隧洞分部开挖支护施工过程进行模拟,分析了施工各阶段的应力和变形情况,从拱顶位移、应力分析和塑性区分布来看,砂岩段采用环形开挖预留核心土法施工是可行的．为保证掌子面稳定,建议在施工过程中,对预留土体进行加固．     

大断面小净距公路隧道施工影响分析

以佛羊岭隧道工程为研究背景,采用上下台阶法进行施工,以FLAC3D有限元软件为计算平台,建立大断面小净距公路隧道有限元模型,对隧道模型进行数值模拟分析。研究地表沉降、围岩与衬砌结构应力,并提出相应的监控和加固对策。数值分析结果表明:先行隧洞上部地表沉降比后行隧洞大,后行隧洞的施工会增大先行隧洞竖向位移,使先行洞的最大主应力和最小主应力出现不同幅度的增加,隧道衬砌结构应力集中于拱腰至拱脚范围区域,先行洞支护结构对于后行洞开挖起到稳定岩体的作用,后行隧道的开挖会使中夹岩柱出现应力集中,在施工时应注意对隧道围岩采取加固措施。分析结果能够为大断面小净距公路隧道的设计和施工提供科学依据。     

大断面小净距公路隧道施工影响分析

以佛羊岭隧道工程为研究背景,采用上下台阶法进行施工,以FLAC3D有限元软件为计算平台,建立大断面小净距公路隧道有限元模型,对隧道模型进行数值模拟分析。研究地表沉降、围岩与衬砌结构应力,并提出相应的监控和加固对策。数值分析结果表明:先行隧洞上部地表沉降比后行隧洞大,后行隧洞的施工会增大先行隧洞竖向位移,使先行洞的最大主应力和最小主应力出现不同幅度的增加,隧道衬砌结构应力集中于拱腰至拱脚范围区域,先行洞支护结构对于后行洞开挖起到稳定岩体的作用,后行隧道的开挖会使中夹岩柱出现应力集中,在施工时应注意对隧道围岩采取加固措施。分析结果能够为大断面小净距公路隧道的设计和施工提供科学依据。     

资兴高速K21段顺层岩质边坡支护过程数值模拟研究

以资兴高速K21段顺层岩质边坡为研究对象,借助现场调查、数值模拟研究段边坡的开挖和支护过程,对各阶段的稳定性、位移、应力等的变化规律进行分析,验证了开挖、支护设计的合理性以及边坡加固的安全性,研究了边坡在开挖支护过程中应力应变规律。结果表明,顺层岩质边坡开挖扰动开挖破坏了边坡原有的应力分布,导致岩体产生裂隙损伤和变形,并逐渐扩张,弱化岩体和层面自身的强度。同时,边坡开挖,直接破坏了边坡原有的连续受力体系,由于软弱层面的抗剪强度较低,从而导致岩层沿开挖揭露的软弱层面整体下滑。锚索框架一方面通过对坡体的位移的控制作用,增加坡体的稳定性,另一方面通过预应力锚索把层状岩体锚固在一起,使得各层之间摩阻力增大,内应力和挠度大为减少,大大提高了层面的抗剪强度。