软岩隧道开挖方法对变形影响数值模拟研究

不同的开挖方法对软岩隧道的围岩变形具有不同程度的影响.以十漫高速公路火车岭隧道为工程背景,对全断面开挖、分步开挖与预留核心土开挖三种开挖方法进行了FLAC3D数值模拟.得到了三种开挖方法下隧道X、Y、Z方向位移等值线、位移矢量、塑性分布等模拟结果.经分析,无论是全断面开挖还是分步开挖,掌子面上均发生较大的Y方向变形,而预留核心土施工可以有效地抑止掌子面变形和垮塌,在实际施工过程中还可以根据数值模拟结果对核心土部分的大小进行调整,以满足安全施工要求,从而,最大程度地避免软岩隧道围岩的大变形.     

客运专线超大断面隧道不同工法引起地表变形数值分析

研究目的:通过数值分析方法分析客运专线大断面隧道施工工艺、施工方案的可行性。研究方法:为研究同一围岩条件下隧道开挖而引起地表变形的特性及机理,借助于计算机技术和数值模拟计算,主要介绍了台阶法、CD法的施工工艺及施工方案、建模及计算成果等。研究结果:通过对大断面隧道开挖引起地表变形的数值模拟成果的分析,得出了在同一围岩条件下,采用不同的施工方法开挖隧道引起地表变形的特性和机理,在此基础上提出了相关的施工技术措施。研究结论:客运专线大断面隧道施工工艺繁多,各种工艺在具体应用前必须进行数值模拟计算,使整个隧道过程都处于安全可靠控制范围之内。     

隧道开挖数值模拟的围岩边界取值范围研究

研究目的:隧道数值模拟的应用已相当广泛,在数值建模过程中,如何从实际问题中提取出合理的边界范围,平衡计算精度和占用内存之间关系,选取较佳的结合点,是数值建模中重要的部分。文章结合某隧道的工程实际,从数值模拟分析的角度,分两倍洞跨、三倍洞跨、五倍洞跨和八倍洞跨四种围岩边界范围进行了数值模拟。通过比较其第一主应力、位移和塑性区等结果,提出一般情况下隧道围岩模型的边界范围取值。研究结论:不同边界范围对隧道其周围的应力场和位移场的分布影响不大;一般情况下,取3倍洞距边界范围对隧道进行数值模拟和结构设计,其分析结果和结构设计方案较为安全。     

围岩浸水对黄土地铁隧道稳定性影响分析

为了了解黄土围岩在浸水后对隧道周围土体和衬砌结构稳定性的影响,选择西安地铁二号线南康村-方新村区间隧道工程,借助有限元分析软件对计算模型采用施工和浸水两种工况进行模拟对比,同时结合现场监测数据,对黄土地铁隧道周围土体和衬砌结构受力及变形特性进行分析研究.分析结果表明:浸水后衬砌整体下沉3 mm,地表沉降8.48 mm,...     

温度梯度作用下既有离缝无砟轨道结构层间损伤扩展及变形分析

为探讨温度荷载作用下既有离缝无砟轨道结构层间损伤发展规律及上拱变形对轨道结构力学特性的影响,基于有限单元法和界面损伤内聚力模型,建立CRTSⅡ型板式无砟轨道有限元模型.计算结果表明:温度梯度荷载作用下,层间损伤萌生于离缝区与黏结区衔接处板角位置,并随温度梯度的持续增大斜向发展;黏结区损伤横向贯通后,轨道板竖向位移存在明...     

黄土地区浅埋暗挖地铁隧道围岩压力特征研究

为了解黄土地区浅埋暗挖地铁隧道围岩压力特征,得出荷载在衬砌结构各部分中的分担比例,本文以西安地铁二号线为研究对象,选取2组不同围岩条件的测试断面,开展现场测试工作。对围岩与初期支护接触压力、初期支护与二次衬砌接触压力及二次衬砌结构应力进行研究。结果表明:隧道墙脚位置初期支护与围岩之间接触压力较大,表明这二者承受大部分垂直压力;初期支护所受围岩压力随着土体强度降低而增大,且分布形式更趋于静水压力作用特点;二次衬砌作为主要支护结构承担大部分荷载,初期支护与二次衬砌接触压力随围岩土体强度降低而显著增大,二次衬砌在支护体系中作用也随土体强度降低而凸显;二次衬砌混凝土基本受压,拱腰及以上位置应力较大,仰拱处应力较小。     

多线铁路大跨度隧道围岩压力研究

围岩荷载的确定是进行隧道工程衬砌结构设计的关键。现行铁路隧道规范中深埋隧道围岩荷载计算公式是根据单线铁路隧道施工塌方的调查统计资料建立起来的统计经验公式,多年来,对于指导单、双线铁路隧道的结构设计起到至关重要的作用,但用于指导当前三线,特别是四线铁路隧道时,就显得无能为力了。提出一种合理的适合于三线、四线甚至更大跨度的铁路隧道的围岩荷载计算方法,提出考虑围岩变形全过程的"统一围岩压力曲线",并基于贵昆铁路六盘水至沾益段增建二线上的乌蒙山2号四线车站大跨度隧道,开展现场试验,对围岩压力进行监控量测,结合统一围岩压力曲线,提出竖向围岩压力计算公式q=Kγha。     

岩层走向对层状岩体隧道稳定性影响分析

针对倾斜层状岩体在沿层面方向和垂直于层面方向存在的物理力学特性的差异,分析在层状岩体地质中开挖隧道时的力学特性,并采用flac3d有限差分软件对开挖隧道过程进行数值模拟,得出岩层走向对偏压作用的影响规律。通过模拟和计算验证,隧道开挖后其位移随着岩层走向与隧道轴线的夹角增大而减小,有利于隧道稳定。所以,在层状岩体地质的地下工程建设中,建议设计的隧道轴线与岩层走向夹角不宜太小,一般不小于60°。     

车辆荷载对基坑支护结构的影响分析

为了研究车辆荷载对基坑支护结构体系的影响,针对常规等效代换土层厚度法未考虑破裂棱体破裂角变化问题,引入改进等效代换土层厚度法,依据库伦土压力理论,计算破裂棱体自重,结合破裂棱体平衡关系式,循环迭代得到破裂角收敛值,根据此破裂角换算得到新的土层厚度。基于地铁车站基坑工程,通过数值模拟,采用常规方法和改进的等效代换土层厚度法研究车辆荷载对基坑支护结构的影响,分别得到支护结构的水平位移曲线。研究表明,破裂角变化会引起代换土层厚度变化,从而影响计算精度;在基坑支护结构设计中,采用改进等效代换土层厚度法来考虑车辆荷载影响是可行的。     

隧道三台阶七步法的工效研究

铁路大断面隧道三台阶七步开挖法目前已经在黄土、强风化岩层等Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩隧道施工中普遍采用。但由于湿喷设备、施工工艺衔接等诸多原因,隧道施工工效低下。因此研究开发了松土器、三喷头湿喷机械手等设备,不断优化了三台阶七步开挖法施工工艺,显著地提高了施工效能,其研究成果在沪昆客专云南段大坪地隧道出口得到成功应用。     

基于支护结构安全系数的铁路隧道围岩膨胀性分级方法

采用室内试验方法建立隧道膨胀性围岩含水量、加载压力与膨胀率的关系,以及自由膨胀率与无荷膨胀率、有荷膨胀率的关系;采用数值方法模拟新建山西中南部铁路线上庄1号隧道的施工过程,计算得到了不同膨胀率条件下各施工步序支护结构各截面的弯矩和轴力,从而计算出安全系数;基于隧道施工过程中支护结构安全系数计算,建立不同线膨胀率与隧道结构安全系数的关系并得到其计算公式,进而根据自由膨胀率、50 kPa荷载下有荷线膨胀率将膨胀土划分为Ⅰ～Ⅳ级。研究成果为类似膨胀土隧道的修建提供参考,具有重要的现实意义。