隧道穿越引起地下管线竖向位移的能量变分分析方法

隧道穿越引起的地层位移可能造成地下管线变形过大或断裂等事故,引起工程界的高度关注。基于假定的地下管线竖向位移分布模式,通过能量方法建立变分控制方程,提出了求解隧道穿越地下管线竖向位移的能量变分解法,运用叠加原理将单线隧道解答延拓至双线隧道中。与离心机试验和工程实例的对比,验证了方法的正确性。通过参数计算,分析了管材弹性模量、管线埋深、地层损失率等相关因素对地下管线竖向位移的影响规律,研究结论具有工程参考价值。     

隧道水平冻结施工引起地表冻胀的历时预测模型

隧道水平冻结施工过程中,土体冻结引起体积膨胀,进而会在地表产生冻胀现象。实际工程一般采用多根冻结管形成冻结壁。冻结壁交圈前,地表冻胀由多个冻土柱的叠加膨胀变形引起;冻结壁交圈后,地表冻胀则由整个冻结壁的膨胀变形引起。鉴于此,考虑冻结壁的形成过程,基于随机介质理论,建立了隧道水平冻结施工引起地表冻胀位移的历时预测模型。同时对冻结外锋面半径和冻胀区域外半径这2个关键参数的取值方法进行了相关探讨。最后针对两个工程案例,采用该计算模型对地表冻胀位移进行分析,得到地表冻胀位移随时间的变化规律,并与现场实测结果相比较,验证了模型的可靠性。该模型应用于隧道水平冻结施工前、冻结期内任意时刻的地表冻胀位移预测,可为工程冻结实施方案的合理确定提供有效依据。     

基于循环加卸载的矿物定向排列致各向异性岩石损伤演化规律——以黑云母石英片岩为例

围岩冻融损伤劣化加剧了寒区隧道衬砌结构破坏,为探究新疆高寒隧道强风化炭质板岩围岩冻融损伤劣化规律及各向异性特征,制取层理倾角θ=0°、45°、90° 3种板岩试样,在开放饱水的条件下进行了0次、10次、20次、30次、40次冻融循环试验,并对冻融循环后的试样进行宏观力学性能试验及断裂面扫描电镜测试。结果表明：在冻融循环作用下,强风化板岩的冻融损伤多集中于节理裂隙等软弱结构处,损伤模式主要为顺层理裂隙萌生、顺层理剥落及顺层理断裂,板岩自然饱和质量呈现先缓慢增加后迅速递减的趋势;不同层理倾角板岩强度特征差异较大且受风化作用与冻融循环作用影响显著,伴随着冻融循环次数的增加,板岩抗压强度、弹性模量均呈现非线性衰减趋势,冻融受荷损伤变量逐渐增大,3种层理倾角板岩抵抗冻融损伤作用的关系为0°＞90°＞45°;扫描电镜图像观察到板岩层理断裂表现出显著的脆性特征,但多次的冻融循环作用使板岩受荷破坏破裂面表现出一定的塑性特征。研究发现倾角为0°层理构造的板岩受冻融环境的影响相对较小,具有更加稳定的力学性质,研究揭示了强风化定向层理板岩各向异性冻融损伤劣化规律,可为定向产状结构围岩背景下的寒区隧道工程冻害风险评估提供参考。     

强震作用下铁路隧道横通道交叉结构抗震措施研究

依托四川茂县跃龙门铁路隧道工程,以主线单线隧道与横通道正交结构为研究对象,通过ABAQUS建立有限元分析模型。选取El-Centro地震波数据,通过应用扩展有限元理论,对横通道与主隧道交叉结构在最不利地震条件下的裂损进行研究,并提出减震层结合柔性接头的抗震措施。研究分析得到:减震层结合柔性接头的设置减小并抑制了交叉结构隧道在强震作用下的开裂范围。柔性接头的设置阻止了纵向裂缝的扩展,在交叉口处中部设置环向柔性接头能完全阻止交叉部位拱顶的裂缝生成;在初期支护和二次衬砌之间设置减震层,给予衬砌更大变形空间,使二次衬砌不易受初期支护变形受力影响而开裂。     

仰坡坡度对隧道洞口段动力响应的影响分析

采用动力有限元数值模拟的方法,设置四种不同仰坡坡度的模型,沿隧道轴向方向输入地震波,探究隧道洞口段及仰坡在不同仰坡坡度影响下的动力响应,并通过对无隧道通过的纯边坡模型与相同条件下有隧道通过的边坡模型的动力响应进行对比分析,研究隧道的存在对坡面动力响应的影响。研究结果表明:(1)由于临空面的存在,隧道洞口段的位移与加速度具有明显的放大效应。不同坡度模型的位移峰值皆位于y=0m断面的拱顶处,在距洞口y=40m后的各控制点位移差值迅速减小。(2)随着仰坡坡度的增加,同一断面处隧道的位移值随之增加,洞口段的截面变形也随之增大。(3)当坡度α≥60°时,坡面位移随着坡面高程的增加而增大;当坡度α60°时,坡面位移随着坡面高程的增加先增大后减小,在0.4~0.6倍坡高处达到最大,即随着坡度的增加,坡面的位移峰值也就越靠近坡顶。(4)隧道的存在对于坡面的稳定性有重要影响,这种影响在洞口附近尤为明显。     

四排局部冻结法在上海地铁修复工程中的应用

上海地铁某修复工程,在完好隧道与破坏隧道连接段采用冻结法施工垂直封水挡土止水墙,取得圆满成功。利用现场监测数据,判别了冻结管是否漏盐水以及隧道内是否充填密实,得出了冻土壁温度场形成规律,计算出积极冻结期结束时间。在浦东隧道清淤排水、浇筑混凝土止水墙阶段,分析了各施工工序对冻土墙温度影响。分析结果表明,冻结法施工质量的好坏可由温度反映出来。通过合理布置温度监测点,采用信息化施工,掌握温度变化规律,可确保复杂工程冻结施工安全。     

影响深埋长隧道岩爆的主要因素分析

岩爆是深埋长隧道的主要工程地质问题之一。影响岩石发生岩爆的主要因素有围岩性质、埋深、区域构造应力、地形地貌、活断层和地震等。文中对上述因素对岩爆的影响进行了分析,并指出精细的地面地质调查是合理评价深埋长隧道岩爆的基础。     

饱和土体-地下综合管廊结构地震响应分析

将土体视为固-液两相介质,基于饱和土体有效应力原理,建立饱和土体-地下综合管廊结构体系相互作用动力模型:在地应力平衡的静力状态下采用Duncan-Chang非线性弹性本构模型,在地震波作用的动力状态下采用Davidenkov非线性黏弹性本构模型;考虑饱和土体黏弹性动力人工边界条件,将地震动作用转化为作用在人工边界节点上的动力荷载。模型考察不同地震波时程、地震波加速度峰值、入射角度、孔隙率以及地应力场的影响,得出如下结论:(1)地震波的卓越周期与场地卓越周期相近时引起结构上的变形最大;随着地震波加速度峰值的增大结构变形增大;随着地震波入射角度的增加结构变形增大,地震波斜入射情况下产生的行波效应使得结构变形最大。(2)土体材料的孔隙水压力是影响地震中结构变形的主要因素之一。(3)将土体材料考虑为单相介质时结构上的变形要比考虑为固-液两相介质时大得多,直接将饱和土体场地中得到的地震波等效荷载施加到单相土介质-结构动力相互作用模型上,能够得到与完全基于有效应力法一致的结果。     

钻孔灌注桩施工对邻近运营隧道变形影响研究

桩基施工将引起周边地层位移和邻近隧道结构变形,以南京龙津桥改建项目桩基工程为背景,通过现场实测,分析研究钻孔灌注桩施工全过程各工况条件对地层位移场和邻近既有隧道结构变形的影响规律。结果表明:由于钢套管的护壁作用,钻孔灌注桩施工过程中产生的最大地层位移和隧道结构变形较小,说明采用“钢套管边旋压边取土”、“群桩间跳施工”等工艺,对周围土体扰动影响程度较小,建议近隧桩基工程采用全套管灌注桩的施工方法,监测分析结果可为类似工程提供技术参考。     

考虑渗流场作用下的隧道开挖分析

由于隧道的开挖,破坏了初始地应力场与渗流场。以圆形隧道为例,采用有限差分程序计算考虑渗流场作用时,隧道开挖后洞室周围应力场、孔隙水压力、位移场的分布情况,并对比计算了是否考虑渗流效应时位移场的差异,以及不同水位导致的位移场的不同分布状态。提出了相应的隧道防排水、设计与施工相关建议。