考虑超载和纵坡效应的隧道开挖面破坏分析

针对地表超载和纵向坡度影响下的隧道开挖面稳定性问题,提出源于构造破坏机制的初始三角形网格更新策略,应用刚体平动运动单元上限分析(UB-RTME)方法开展非线性规划运算,获得地表临界超载系数σs/c图表与滑移线网破坏模式。结果表明:①以网格更新得到的UB-RTME滑移线网与OptumG2自适应加密网格,均可反映隧道开挖面破坏影响范围及承载关键区域,且UB-RTME以有效间断线及单元速度确定破坏范围,可揭示相对破坏范围S/D2定量数据及滑移线网破坏形态与影响因素的关联规律。②临界超载系数σs/c随纵向坡度角θ增大而显著降低,随埋深比C/D增大而增大,随重度系数γD/c增大而不断减小,随内摩擦角ϕ增大而非线性增大。③对于C/D和ϕ数值较大的情况,网格密度将显著影响UB-RTME运算得到的σs/c数值解精度;网格密度增加后,σs/c计算结果精度显著提高,且体现破坏特征的网状滑移线变得更加光滑。

基于随机场理论的隧道开挖后地表及隧道变形分析

天然土体由于受到多因素的影响,土体参数存在着内在的不确定性。为了更好地反映实际土体参数的分布情况,基于随机场理论,在考虑黏聚力和内摩擦角空间变异性的情况下,利用乔列斯基分解和随机有限元模型相结合的方法,对地表和隧道变形进行分析。研究结果表明:地表沉降曲线簇的波动范围随着黏聚力和内摩擦角相关距离的增大而增大,其竖直相关距离对地表沉降变形的影响更明显;黏聚力和内摩擦角的变异系数对地表沉降变形的影响强于其相关距离对地表沉降变形的影响;隧道变形值的分布随着黏聚力和内摩擦角变异系数的增大而逐渐离散,其中内摩擦角变异系数对隧道变形值分布的影响更明显;不考虑黏聚力和内摩擦角的空间变异性将偏小地预测地表沉降和隧道变形,使设计偏于危险。

基于多对数螺旋曲线破坏机构的富水软岩隧道开挖面支护应力分析

为了避免对胡克-布朗准则进行任何线性化处理,将广义胡克-布朗(generalized Hoek-Brown, GHB)强度准则直接引入到开挖面稳定性分析中,基于极限分析理论构建了富水地层浅埋隧道开挖面多对数螺旋线破坏机构。在考虑孔隙水压力的作用下,推导出能量平衡方程,得到开挖面极限支护应力表达式,并且通过程序优化得到支护应力最优上限解。在此基础上,分析了GHB强度参数、孔隙水压力系数、岩土体重度以及隧道埋深比对开挖面稳定性的影响。最后通过归一化处理得到不同情况下的开挖面极限支护应力稳定性图表,通过该图表能够快速便捷地获得富水地层隧道开挖面维持稳定性所需的极限支护应力,为盾构隧道初步设计提供理论依据。

裂隙岩体中隧道开挖流固耦合模型及开挖诱发损伤分析

裂隙岩体中隧道开挖会诱发强烈的流固耦合效应,从而引发显著的岩体损伤和水压力扰动,针对该问题,首先建立了一种计算裂隙岩体中隧道开挖和后续排水诱发损伤和裂隙变形的流固耦合模型,然后对不同参数化裂隙网络进行了模拟,最后针对模拟结果给出了实例分析。研究结果表明:所建模型可有效模拟含裂隙网络的岩体中隧道开挖和后续排水降压过程以及岩体损伤发展、裂隙变形和地下水渗流过程;岩体裂隙网络显著影响应力分布的均匀性,隧道开挖和地下水渗流的耦合作用造成隧道周围极易出现高应力区,且局部应力、裂隙变形和水压力之间呈现出显著相关性;不同裂隙网络的分布特征在隧道开挖诱发损伤发展中起到主导作用,进而影响隧道开挖扰动区和损伤区的形成与发展程度。

隧道开挖对周边建筑的沉降影响分析

【目的】陕西某隧道在建筑密集区进行施工时,为了确保隧道施工的安全进行,保障周边建筑结构的稳定性,需要对隧道开挖支护内力及对周边建筑的沉降影响进行分析。【方法】采用隔离桩+花管桩+加强初期支护的施工方案,建立数值模型,对隧道开挖过程进行模拟分析。模拟时充分考虑地质条件、建筑分布、隧道结构等因素,以确保模拟结果的准确性和可靠性。【结果】数值模拟结果表明,采用隔离桩+花管桩+加强初期支护的施工方案,能够有效控制隧道开挖过程中拱脚部位的应力集中现象,确保隧道支护结构的安全。同时,该方案对周边建筑的倾斜沉降影响较小,满足规范要求。【结论】本研究证明了在隧道施工中,采用隔离桩+花管桩+加强初期支护的施工方案是可行的,能够有效降低隧道开挖对周边建筑的影响。研究结果对于类似工程具有一定的参考价值,对于保障隧道施工安全及周边建筑稳定性具有重要意义。

软弱夹层位置与厚度对隧道开挖影响数值模拟分析

针对软弱夹层对隧道开挖的影响问题,以软弱夹层的位置(1.5 d、2 d、2.5 d)和厚度(1 m、1.5 m、2 m)为研究对象,利用数值模拟分析软件Midas GTS NX,建立了9种工况下全断面分步开挖的数值模型并通过监测断面A(y=5 m)、B(y=10 m)、C(y=15 m)进行计算分析。结果表明:监测面A、B、C上各关键点的变形值中拱顶与拱底的变形量最大,其次为拱墙与拱脚。软弱夹层的位置越靠近隧道,各关键点的变形量越大,其次是软弱夹层的厚度越大,各关键点的变形量越大。在具有软弱夹层的隧道开挖工程中,应采取措施控制软弱夹层对隧道开挖的影响。

基于ABAQUS的隧道开挖模拟研究

隧道施工方法对隧道的安全有重要影响,为此,采用数值模拟的方法,利用有限元软件ABAQUS结合实际隧道开挖工程建立二维数值模型,模拟分析三步七台阶法和单侧壁导坑法对隧道施工变形控制的效果,研究结果表明:模拟分析不同混凝土强度可以发现,兼顾规范和性价比,混凝土强度应选择C25;从不同初支厚度角度分析,兼顾规范和性价比,初支厚度应为25cm;从对比不同锚杆角度分析,兼顾规范和性价比,锚杆的长度应为3.5m。

高地应力区隧道开挖围岩变形与应力研究

高地应力条件下隧道开挖时围岩变形与应力分布特点与常规认知有较大差异,给隧道设计带来巨大挑战。为此,文章采用数值分析方法,基于实际工程围岩性态特点,系统性地研究了围岩初始地应力状态与围岩等级对隧道开挖的影响。研究发现:随着围岩初始地应力的增加,围岩变形与应力快速增加,因此即使是同一种围岩,地应力上升时仍需要相应提高支护结构强度;随着围岩等级的增加,围岩变形快速增加,围岩应力稍有减小,因此支护结构选择时考虑的最重要影响因素除了围岩等级外,初始地应力状态非常重要。

双侧壁导坑法在瓦斯隧道开挖中的应用研究

为保证瓦斯隧道的安全开挖以及施工质量,以渝黔高速公路扩能项目大兴隧道为例,研究双侧壁导坑法在瓦斯隧道开挖中的应用。结合隧道探煤洞群以及薄层炭质页岩和少量煤矸石的情况,设计双侧壁导坑法施工方案以及施工流程;同时确定隧道开挖时排放瓦斯所需空气量,以此保证开挖安全。采用ANSYS有限元分析软件构建隧道三维模型,分析该施工技术的施工效果,确定隧道在竖向和横向上的最大位移别为12mm和6mm,满足工程标准。

考虑破碎带节理分布特征的隧道开挖诱发近断层错动随机性分析

隧道开挖往往会引起邻近断层错动,并进一步诱发岩爆、地震等灾害。然而,断层破碎带内部岩体物理力学特征复杂,不仅表现出非连续性、非线性和各向异性,还存在节理随机分布特征,隧道开挖诱发近断层错动机制仍不清晰。基于连续-离散耦合分析方法建立了含断层工程场地多尺度力学模型,采用基于离散单元法的人工合成岩体模型模拟断层破碎带,采用有限差分法描述断层上、下盘及内部隧道开挖影响下的宏观动力特征。开展了近断层隧道开挖多因素模拟,探究了断层岩体节理随机分布特征对近断层隧道开挖的影响规律。分析结果表明:破碎带内部节理随机性对隧道开挖诱发近断层错动影响显著;节理倾角均值越接近断层倾角,隧道开挖导致的近断层错动量越大;正交试验情况下,断层节理倾角方差对最终错动量均值大小影响较小;节理长度的均值和方差越大,断层破碎带越容易发生错动;节理密度越大,破碎带介质越破碎,断层带整体的强度和刚度越低,抵抗错动的能力也越弱。通过对比分析得出节理分布特征参数对断层错动量均值影响程度的排序分布:节理密度>节理倾角均值>节理长度均值>节理长度标准差>节理倾角标准差;且当显著性水平为0.05时,节理密度对断层错动量的影响达到显著水平(p<0.05)。

双隧道开挖对浅基础建筑物沉降影响的研究

基于离心模型试验和数值模拟计算,对两条平行开挖的跨江隧道引起的上部浅基础建筑物和地表沉降规律进行了研究。结果表明:浅基础建筑物不同监测点位的沉降量均随土体体积损失率的增大而增大。随着土体体积损失率的增加,上部浅基础建筑物的不均匀沉降增加,隧道上方的土体的竖向位移逐渐增大,沉降槽的范围逐渐增大。本项目中隧道间距为1倍洞径条件下,左右隧道开挖顺序的改变会对上部建筑物沉降量和地面最大沉降量影响较小,但先开挖隧道拱顶处的地面沉降要大于后开挖隧道拱顶处的地面沉降。

不同隧道开挖方式对连拱隧道稳定性的研究

以湖南某公路隧道为工程背景,利用FLAC 3D对不同开挖方式的施工过程进行模拟计算,研究了不同开挖方式对围岩稳定性的影响。研究表明:①隧道的拱顶及仰拱两侧极易出现裂缝,应加强支护;②隧道开挖方式对围岩稳定影响巨大,应根据工程地质条件、施工条件等因素选择合适的隧道开挖方法;③三导洞法开挖相比于全断面开挖法,能较好地控制围岩变形及变形速率,有效地限制围岩塑性区的发展.

隧道开挖对地下水扰动影响与区域水运移规律分析

通常隧道所穿越的山体地层复杂,受隧道开挖、环境变化和降雨情况等多种因素的影响,导致隧道周边出现地表水系断流、井水水位下降等问题。如何有效评价隧道贯通后围岩区域内地表水与地下水的关联特征,分析隧道开挖与地下水运移之间的关系,成为亟待解决的问题。基于此,采用无人机倾斜摄影测量技术拾取了地形地貌特征,实现了隧道区域内地形三维可视化;结合隧道工程地质勘察及开挖施工信息,构建了隧道施工区域内的三维裂隙网络模型,对隧道开挖后区域地下水非稳定渗流场进行模拟研究。结果表明,在地表水区域内存在三大流域,评估了各流域间真实单位面积的集水能力,量化了地表水径流固有的集水性能;基于渗流模拟表明,隧道修建对下游地下水的影响深度主要分布在40~90m。

粉煤灰地层隧道开挖卸载应力路径数值模拟与试验

隧道在动态开挖过程中,土体的变形与其应力路径密切相关。针对这一问题,运用FLAC3D有限差分软件构建了隧道动态施工三维模型,模拟了大断面隧道采用双侧壁导坑法开挖的施工流程,测得了开挖卸载引起的土体应力状态变化规律。基于数值模拟获得的土体应力状态变化规律简化结果,对粉煤灰水泥加固土进行不同应力路径下的室内三轴试验,研究了隧道开挖卸载过程中土体单元受力变形情况,并对比了未掺入水泥的试件变形情况,以分析水泥加固对粉煤灰土卸荷变形的影响。数值模拟及室内试验结果表明:隧道进行三导洞法施工开挖过程中,围岩监测点的单元土体的应力路径较为复杂且存在明显差异,但大致可以简化为两类,即恒围压卸轴压以及恒围压升轴压的加卸载的过程;在模拟围岩单元土体不同位置的应力路径试验中,未经掺加水泥的试件存在变形破坏,而经水泥加固的试件变形量较小,未发生破坏。

复杂地质构造区隧道开挖稳定性评价研究

文中选取10个指标作为开挖隧道稳定性评价因素,使用组合赋权的方法获取各个指标的权重,其中隧道围岩为影响隧道稳定性的最主要因素。使用模糊物元法对隧道10个里程段进行开挖隧道稳定性评价,评价结果表明,8个里程段稳定性为Ⅰ级,2个里程段为Ⅱ级,情况较好,评价结果与现场结果较为吻合。

基于矿山法的地铁隧道开挖及支护施工技术

为探究基于矿山法的地铁隧道开挖及支护施工技术,以深圳市某地铁轨道交通为工程背景,在工程概况分析基础上,提出了矿山法总体施工方案,并对该地铁隧道施工过程中的重难点进行梳理和分析,结合地质地形条件和总体施工方案,提出有针对性的应对控制措施,对矿山法隧道开挖以及开挖过程中的支护进行了详细研究。

盾构隧道开挖对临近桩基稳定性影响研究

为研究盾构隧道开挖对临近桩基稳定性影响,本文基于ABAQUS数值模拟,系统地分析桩长、桩径、桩隧距离等因素对桩基影响。结果表明:①桩长小于20m时,桩的横向位移与埋深呈线性关系。且最大值均出现于桩端位置。当增大桩长为30m时,桩的横向位移表现出非线性的关系。实际工程中,盾构隧道施工时桩隧间距大于3.5D时,基本可以保证桩基的稳定性;②桩的横向位移随桩径增大逐渐减小。此外,端承桩和摩擦桩横向位移变化趋势基本相同。但摩擦型桩的横向位移和竖向沉降均大于端承桩;③随桩的埋深增大,桩的轴向位移变大。实际工程中,对于盾构施工应尽量避免下穿桩基施工,或者在施工前对桩基做好支护工作。

大跨径隧道开挖技术在城市道路工程中的应用

通过对隧道开挖技术的介绍,针对城市道路建设特点,结合某城市道路隧道工程实例,以城市道路大跨径隧道工程项目为研究对象,该洞身开挖要求采用光面爆破,对于隧道初期支护应尽早进行,二次止衬砌施工可在沉降完成后进行。系统地探讨该隧道光面爆破施工技术,为同类工程提供参考借鉴,促使此类工程项目建设取得最佳效果。

基于某公路接线工程的隧道开挖及支护施工工艺

公路接线工程隧道是公路建设中的重要组成部分,其施工工艺的合理性和质量直接关系到公路的安全和运营效率。以某公路接线工程隧道为工程案例,主要探讨了公路接线工程隧道的开挖及支护施工工艺,旨在提高隧道施工的质量和安全性。

隧道开挖抗震动力可靠度分析

以四川某隧道为研究对象,利用Midas—GTS有限元软件,分析了地震对隧道开挖过程中竖向沉降大小和位置的影响。考虑到四川地区地貌复杂,隧道建设的重要性以及地震频发的特点,这项研究对于提高隧道开挖过程中的抗震可靠度具有重要意义。通过分析竖向沉降的大小和位置,可以为选择防护设施和支护脆弱区域提供理论指导。