滑坡内隧道变形模式与荷载计算方法

近年来,运营期铁路隧道发生病害的比例逐年提高,其中以位于滑坡体内隧道的破坏最为严重,对铁路的安全运营造成了严重的威胁,然而我国目前对位于滑体内隧道的设计还没有形成统一的认识和标准,没有完整的计算理论。本文以隧道-滑坡中隧道穿越滑体为研究对象,从运营隧道的病害特征入手,通过对工程中的具体隧道-滑坡实例进行调查、归纳、总结,建立相应的工程地质模型。然后对该类模型在围岩压力和滑坡推力作用下的受力变形情况进行分析,将上部坡体作用于隧道上的滑坡推力与围岩压力进行叠加,得出隧道在滑坡推力作用下的受力图示和荷载计算公式,从而为滑坡地段隧道的设计提供参考。 更多还原     

预加固高填方边坡滑动破坏的离心模型试验研究

2009年10月3日,攀枝花机场260×104 m3万方的高填方预加固边坡整体失稳,沿基覆界面下滑,并超覆于其下方的易家坪老滑坡之上,使易家坪老滑坡再次复活。这一填方边坡失稳事件最终导致机场停航两年。通过大型离心模型试验,再现了攀枝花机场预加固高填方边坡的滑动失稳过程,获得了边坡变形破裂的特征参量,阐明了边坡的滑动失稳机制。研究表明：天然工况下,边坡变形以坡顶沉降和沿基覆界面软弱层的蠕滑为主,坡体总体处于蠕滑变形状态;降雨和地下水工况下,坡体中后部拉张破裂和中前部挤压变形显著,具有塑性流动及推移式破坏特征,并最终产生溃滑失稳;预加固抗滑桩承受较大的边坡变形推力,且越靠近坡体后部的桩推力越大,最终从后向前逐排产生累进性剪断破坏,说明该填方边坡多排抗滑桩的平面布置和受力确定欠合理;降雨和地下水工况下,坡体的最大孔隙水压力是天然工况下的3.7倍,孔隙水压力对坡体失稳有重要作用;通过模型和原型的综合对比分析,该边坡的滑动失稳机制为推移式蠕滑-累进性折断-溃滑与超覆。     

盾构近距离下穿引起已建地铁隧道纵向变形理论研究

盾构下穿会引起邻近已建隧道附加应力的变化,使已建隧道产生变形,对已建隧道的结构和运营安全造成一定的影响。基于明德林（Mindlin）解,经数值积分可以计算出盾构产生的刀盘附加推力q、盾壳摩擦力f及同步注浆附加压力p作用下所引起的已建隧道轴线处的附加应力。同时,利用镜像法算出在土体损失作用下已建隧道轴线处的附加应力,再将已建隧道视为温克勒（Winkler）地基梁,应用Winkler地基梁理论即可算出上述4个参数作用下已建隧道的变形,根据盾构穿越的不同工况,将上述参数作用下的变形进行叠加得到已建隧道总变形。通过杭州4号线盾构隧道下穿1号线隧道的工程实例将理论计算结果与实测结果对比分析,证明了该方法的有效性。     

川藏公路茶树山滑坡特征及成因机制分析

通过对川藏公路茶树山滑坡地质环境条件的系统调查研究,分析了滑坡岩土体结构、边界条件、变形特征、影响因素,并结合3DEC数值模拟,对其变形破坏机制进行了深入的探讨。综合分析表明,滑坡位于活动断裂带内,后缘斜坡陡峭,岩体破碎,同时前缘为较厚的松散堆积体斜坡,在地震活动、降雨等影响因素的诱发作用下,滑坡成因机制主要表现为以下3个阶段:(1)倾倒拉裂阶段,滑坡受后缘地形及岩体结构控制作用较为明显,在坡体浅表层一定深度范围内出现较为强烈的倾倒拉裂变形带,产生倾倒-拉裂滑动;(2)蠕滑变形阶段,前缘松散堆积体在强大的自重推力作用下发生蠕滑变形;(3)前部"锁骨段"剪断,整体失稳阶段,滑坡前部锁骨段在自重推力及断层活动的持续影响下,发生剪断,控制后缘倾倒拉裂体稳定性的潜在滑面与前缘松散堆积体体内的剪切滑动面贯通,滑坡整体失稳。     

双圆盾构隧道施工对平行既有隧道的影响分析

对双圆（DOT）盾构隧道周围土体采用椭圆形非等量径向位移模式,在镜像法基本原理上,推导土体损失引起的附加应力计算公式,研究双圆盾构正面附加推力、双圆盾构机与土体之间的摩擦力以及土体损失在平行既有隧道上引起的总的附加荷载的分布规律。研究结果表明,附加荷载的变化规律与双圆盾构机和邻近平行隧道的相对位置密切相关,是一个三维问题;随着双圆盾构机开挖面通过前后,附加荷载由压力变为拉力;土体损失是引起相邻隧道上附加荷载的主要因素,其次分别是盾壳摩擦力和正面附加推力;已建隧道受到的附加荷载变化规律与其和双圆盾构机的净距 S 密切相关,随着 S 的减 小,附加荷载急剧增大;随着平行既有隧道轴线埋深的变化,在轴线位置处,双圆盾构机对平行既有隧道的附加荷载影响最大。     

新疆伊宁县皮里青河滑坡成灾机理分析

2017年3月24日,受冰雪消融影响,新疆伊犁哈萨克自治州伊宁县喀拉亚尕奇乡喀拉亚尕奇村发生滑坡灾害,滑坡堵塞皮里青河,形成堰塞湖,未造成人员伤亡。通过现场调查分析和数值模拟,结果表明:(1)皮里青河滑坡成灾过程为:河流冲刷坡脚,前缘局部滑动→发生蠕滑-拉裂,坡体强烈变形→在冰雪融水入渗作用下发生整体滑动→堵塞河道,形成堰塞湖→堰塞体溃决;(2)因气温升高,冰雪消融入渗是滑坡形成的直接诱因,雪水入渗后并转化为地下水,黄土含水达到饱和,孔隙水压力增高,滑坡稳定性系数降低,在重力作用下发生整体高速下滑;(3)分析了新疆地区冰雪消融引起滑坡灾害链的成灾模式,为进一步科学地指导防灾减灾提供技术支撑。     

锚拉桩应用于水库库岸滑坡治理的关键问题探讨

锚拉桩是一种有效的治理滑坡的支挡结构,已广泛用于三峡库区库岸滑坡治理中。分析了锚拉桩应用于水库库岸滑坡治理工程中存在的关键问题。由于水库库岸滑坡作用在锚拉桩上的滑坡推力的变化,应考虑施加在锚索上的预应力 锚索与桩的协调变形,在不改变锚索预应力的情况下,增大锚索变形产生的水平拉力,将减少作用在锚索上的总拉力。通过一算例,分析了过大的预应力作用在锚拉桩上使锚拉桩处于不利工作状态。并分析了锚索上受到的竖向附加荷载,这将恶化锚索的受力,同时,锚拉桩在水位变动带存在三种预应力损失。     

贵州惠水鑫朋滑坡变形破坏机制

以贵州省惠水县宁旺乡鑫朋滑坡为例,依据野外调查成果,分析了滑坡结构及变形特征,结合滑坡所处的地质环境条件讨论了其稳定性影响因素,借助Geostudio分析了坡体后缘崩塌堆积体加载及降雨对滑坡的作用机制。分析结果表明:持续降雨和坡体后缘加载共同作用使第四系地层与基岩接触面产生压应力集中,坡脚处孔隙水压力持续增大,第四系地层因受到雨水浸润稳定性降低,在堆积体牵引下发生浅层蠕滑变形,因此认为鑫朋滑坡变形失稳机制为整体蠕滑-拉裂。     

山区滑坡诱发既有隧道受力变形影响分析

山区滑坡对既有隧道结构的受力变形有着重要影响。既有成果一般将滑坡体和隧道结构分开单独研究,而将两者结合起来进行研究还不多见,且多数停留在实际工程监测分析上,利用理论解析法对隧道-滑坡体相互作用的分析更是少见。首先,基于传递系数法和极限平衡法对滑坡下滑推力进行了计算;其次,将滑坡推力施加在既有隧道结构上,建立隧道-滑坡相互作用的弹性地基梁模型,采用传递矩阵法求解出隧道结构任意截面的内力和位移。在此基础上,建立三维数值模型对滑坡诱发隧道变形进行模拟,将数值分析结果与理论计算值进行对比验证,获得了较好的一致性。最后,针对滑坡推力大小、滑体内地基系数、滑床内地基系数、隧道衬砌刚度以及隧道长度等参数进行了影响分析。该研究成果可为滑坡区域既有隧道的维修加固提供一定的理论依据。     

钢管抗滑短桩受力特性物理模型试验研究

为研究钢管抗滑短桩加固滑坡体的受力特性,在中国地质调查局地质灾害防治技术中心完成了4组不同桩长的钢管抗滑短桩加固碎石土滑坡的室内物理模型试验。测试堆载施加的滑坡推力作用下桩后、前土压力和桩身应变,观察滑体前缘变形破坏形态,分析滑坡推力、桩前土体抗力和桩身弯矩的分布规律试验。结果表明,滑坡推力的分布和桩前土体抗力和桩身弯矩是“S”型分布,确定了抗滑短桩的危险截面。对比分析桩长变化钢管抗滑短桩的受力特性,初步拟定钢管短桩能发挥抗滑效果的桩长下限值,即钢管抗滑短桩位于滑体中的长度应不小于滑体厚度的2/3。     

嵌岩桩抗滑特性的物理模型试验研究

进行嵌岩桩与滑坡体相互作用的框架式滑坡物理模型试验,根据微型土压力盒和电阻应变计的监测数据,分别研究滑坡推力作用下模型桩的受力特征、桩身弯矩分布规律及模型变形破坏模式。试验结果表明,嵌岩桩加固后的滑坡,桩后推力随深度的增加呈抛物线型分布形式,合力作用点约在滑动面以上模型桩自由段的1/2处;嵌岩模型桩有明显的抗滑特性,承担了大部分桩后推力,传递至桩前土压力值较小且稳定;模型桩的桩身弯矩分布形式不同于普通抗滑桩弯矩分布形式,自由段埋深0~15 cm范围内为主要弯矩承受区域,最大弯矩截面位于滑面上模型桩自由段1/3处,滑动面处桩身弯矩绝对值较小;滑坡模型在沿滑面推力加载作用下发生桩后滑体越桩滑动破坏。该试验成果为嵌岩桩的抗滑特性研究提供了科学依据,可为该类型抗滑桩设计提供一定的指导性建议。     

预应力锚索桩板墙加固隧道洞口边坡的动力响应特性研究

降雨、地震作用下,隧道洞口边坡易产生严重破坏,有必要研究隧道洞口边坡及支挡结构的动力响应特性。以中国西南某隧道洞口边坡为例,通过振动台模型试验,分析降雨、地震作用下预应力锚索桩板墙加固隧道洞口边坡的动力响应与破坏模式。研究结果表明：（1）隧道洞口边坡破坏过程为坡顶张拉裂缝―坡脚剪切溃裂―边坡整体滑移破坏。由于雨水入渗,坡表土体在地震作用下易产生局部浅层破坏。边坡破坏模式为张拉-剪切型。（2）随峰值加速度增加,桩身PGA放大系数显著增大,应重视该类支护结构在地震作用下的惯性放大效应。（3）桩后峰值土压力随峰值加速度增加而增大,由“S型”分布逐渐转变为倒三角形分布。峰值加速度大于0.4g时,锚索轴力逐渐增加,充分发挥张拉作用。（4）桩土压力与加速度傅里叶谱幅值集中于低频段,地震波沿高程传播存在“高频滤波效应”。（5）桩身位移谱幅值随峰值加速度增加而逐渐增大,沿桩身向上呈增加趋势;位移谱主频分布于1～4 Hz,卓越频率为2.5 Hz,与地震荷载的主频较接近。（6）桩体加速度间的关联性较好,桩体加速度、动土压力、桩体应变、锚索轴力相关性随输入峰值加速度增加而逐渐降低。     

土质滑坡格构锚杆抗滑机制及受力试验研究

通过滑坡防治格构锚固大型物理模型试验，分析了土质滑坡格构锚杆体系在坡顶荷载下的变形和位移，揭示了格构锚杆的抗滑机制，探讨了锚固力与坡体位移及锚杆变形的关系，提出了极限锚固力的计算方法。结果表明：滑坡滑动时，格构梁与坡体整体发生旋转滑移，锚杆在滑面处发生了弯曲变形，处于弯曲和轴向拉伸组合变形状态；格构锚杆的抗滑作用表现为锚杆在滑面处的抗剪抗滑和锚杆格构梁的挡土阻滑；格构锚杆的极限锚固力由初始预应力、锚杆弯曲变形引起锚拉力、坡体位移引起锚拉力三部分组成，可通过公式 计算。该研究结果可为格构锚固体系的优化设计提供一定的参考。     

双线平行盾构法隧道施工附加荷载的计算分析

对隧道周围土体采用椭圆形非等量径向位移模式,在镜像法基本原理基础是推导了土体损失引起的附加应力计算公式;结合弹性力学Mindlin解得到的正面附加推力和摩擦力引起的附加应力,得到三者共同作用下总的附加应力公式,并通过算例分析了各影响因素下水平平行隧道上附加荷载的分布规律,重点探讨了土体损失引起的附加荷载在相邻隧道上的分布,分析结果对平行隧道施工具有一定的参考价值。     

考虑滑坡岩土体弹性抗力预应力锚索抗滑桩设计方法

在目前预应力锚索抗滑桩的计算方法中,均没有考虑桩后岩土体受到锚索预应力作用产生的弹性抗力对滑坡推力的影响.初步探讨了桩后岩土体上产生的预加固力的分布形式.考虑了锚索桩的荷载变化,根据桩与锚索变形协调原理,按长期荷载进行锚索预应力设计;然后按短期荷载确定滑坡最大推力,并用预加固力修正滑坡推力,而对锚索设计拉力与桩的内力则按修正的滑坡最大推力设计,这样的设计思路反映了预应力锚索抗滑桩实际受力的特点.结合重庆某滑坡的工程实例,与常规方法进行了对比分析.     

工程荷载诱发填方边坡变形破坏机制试验研究

填方路堤在堆填碾压夯实后自然状态下具有较好的稳定性,但在先期施工与后期公路运营期间,受工程荷载、动荷载等多因素作用将会出现大量变形破坏现象。针对这一问题,本文以某填方路堤边坡为例,运用室内物理模拟技术探讨研究工程荷载诱发填方边坡变形破坏机制。研究结果表明:填方体在上部不断施加堆载后,坡体内部应力条件改变,产生不均匀沉降现象。填方体边坡变形破坏主要受控于填方体在加载过程中坡顶堆载处拉应力的集中与坡体内剪应力的集中程度,潜在滑动面沿张拉裂缝延伸方向扩展,同时在堆载体下部逐步过渡为压剪塑形带,两者逐步贯通并向下部扩展延伸,最终产生边坡整体变形破坏。其变形演化机制为:堆载作用下坡体内部应力重分布→堆载区边缘张拉裂缝形成并扩展、堆载体下部产生压剪塑形带→张拉裂缝、压剪塑形带贯通形成滑动面→推力作用下整体滑动,此变形为典型的蠕滑-拉裂式滑坡。此研究可以为相似工程提供借鉴。     

新建隧道近距离上穿对既有地铁隧道纵向变形影响分析

新建隧道近距离上穿施工会改变地层既有平衡应力场,引起地层应力释放,导致既有下卧隧道产生纵向隆起变形。提出了在新建隧道卸荷作用下估算既有隧道纵向变形的解析解答,既有隧道简化为搁置于Pasternak地基上的Euler-Bernoulli 梁,采用两阶段分析法分析求解。首先,通过Mindlin弹性力学经典解估算新建隧道开挖卸荷引起在既有隧道位置处的竖向附加分布荷载;其次,建立在竖向附加荷载作用下的隧道纵向变形平衡微分方程,并基于有限差分原理,获得隧道变形数值解答。经与已报道的两个工程实测结果对比发现,理论计算结果与实测数据较为吻合,基本可以反映在新建隧道近距离上穿施工过程中既有隧道的纵向变形规律,从而验证其解析解答正确性。     

滑坡地段隧道变形机理的模型试验研究

通过室内地质力学模型试验,研究了滑坡地段坡体变形与隧道的相互作用机理、围岩和衬砌压力的变化规律以及坡体和隧道的变形特征,着重研究了滑带土浸水软化及发生蠕变时坡体变形与隧道的相互作用关系。本文的成果可为该类病害的预测预报和有效整治提供科学依据。     

微型桩组合抗滑结构受力机制的现场试验研究

针对有顶板连接的“八”字形微型桩组合结构,依托广大（广通至大理）线扩能改造工程,现场监测微型桩工作状态下轴力变化,对微型桩组合支护体系应用于分级开挖边坡加固的受力机制进行研究分析。结果表明：在滑坡推力作用下,各排桩桩身轴向力的分布形式不尽相同,沿推力方向依次呈现出反“S”型、“双弓”型和“S”型的分布规律;各排桩峰值轴力均为拉力,比例关系为：靠山侧桩:中间桩:靠路侧桩=2.5:4.1:3.2,其中靠山侧桩最大轴力出现在桩体下部,中间桩出现在中上部,靠路侧桩最大轴力出现在桩体上部;顶部承台对有斜桩的微型桩群的制约协调作用比一般的竖直桩群显著,水平荷载作用下的桩群易发生较大的挠曲变形,在群桩效应、坡体滑裂面等的综合影响下,引发桩体拉-压等受力形式的转变;组合结构的受力机制表现为先承受滑坡主推力的前两排桩受拉,第3排桩底部嵌固段受压,且随着持续推力作用受压区存在向上发展趋势;各单桩桩身轴力以拉力为主,有利于内部钢筋受拉优势的发挥。     

双圆盾构施工引起邻近桩基附加荷载的分析

应用“源汇法”理论,推导了双圆盾构隧道土体损失产生的三维附加应力计算公式。研究了双圆盾构机正面附加推力、盾壳与土体之间的摩擦力以及土体损失在邻近桩基上引起的总的附加荷载的分布规律。研究结果表明：在双圆盾构开挖面前方地下桩基受到挤压力作用,在开挖面后方负值附加荷载逐渐增大产生拉力,同时双圆盾构机轴线深度附近的桩基部位处产生较大的拉应力和压应力;双圆盾构机与土体之间的摩擦力在附加荷载中特别是y方向的附加荷载起主导作用;垂直于管片方向的附加荷载值较推进方向大,但影响范围小;竖直方向的附加荷载较小,靠近隧道轴线附近的桩基部位受到的附加荷载方向与两端相反,曲线呈“弓”形分布。经与数值模拟、离心试验、现场实测结果对比分析,验证了应用解析解研究双圆盾构隧道开挖对邻近桩基影响是可靠的。