基于均匀设计-响应面-有限元法的软岩隧洞围岩与衬砌结构协同承载可靠性分析

软岩隧洞围岩力学特性和衬砌结构受力皆具有显著的随机性、未确知性等不确定性,基于确定性分析的结构安全设计方法往往难以全面合理地反映软岩隧洞工程的复杂性;传统的可靠度计算理论则对于由围岩和支护系统构成的地下结构真实的功能函数无法从理论上给出显式表达,从而制约了可靠度计算理论在隧洞工程中的应用。在以数理统计方法为核心的可靠度计算理论基础上,结合均匀设计方法、响应面法和有限元数值模拟方法,借助于《水工隧洞设计规范》(SL 279—2016)中衬砌结构的承载力极限状态函数,构建了围岩和衬砌结构协同承载的荷载效应响应面显式表达式,由此提出了一种软岩隧洞围岩和衬砌结构协同承载的可靠性评价方法。采用该方法分析了影响联合承载特性的单因素随机变量,辨识了影响围岩和衬砌结构协同承载可靠性的主要因素,最后将该方法应用到具体工程中进行检验。通过与传统可靠度计算方法进行对比可知,该方法满足了精度,简化了流程,提高了效率,表明其具有很好的适应性和可行性。

复杂地质下超长隧道围岩预支护和复合式衬砌结构应用

为提高隧道稳定度,提出一种复杂地质条件下超长公路隧道围岩支护技术,主要包括预支护方案与加强型复合式衬砌结构的应用。实施期间,先探讨围岩支护稳定性相关影响因素,并设计正交试验开展外围环境分析,再以正交试验结果为依据选用隧道围岩支护技术,确定辅助稳定措施。经工程实践论证,隧道下沉深度在应用该技术后显著减少。

围岩蠕变作用下偏压隧道衬砌结构稳定性分析

为了研究围岩蠕变作用下不同偏压角度对隧道衬砌结构的影响,本文采用FLAC3D有限元软件建立三维隧道模型,基于Burgers蠕变模型对不同偏压角度隧道进行了模拟,分析了围岩蠕变作用对偏压隧道衬砌结构的稳定性影响。研究结果表明:隧道建成后的30年间,隧道衬砌结构受到围岩蠕变作用比较明显,随着偏压角度的增加,左拱腰收敛水平有加速增加的趋势,隧道衬砌应力分布的非对称性逐渐加剧。

基于D-P准则的盾构隧道围岩与衬砌结构相互作用分析

在进行盾构隧道管片衬砌结构载荷计算时,常采用全土柱或压力拱理论计算围岩松动压力,但当盾构隧道面临深埋条件且需计入形变压力时,该方法难以适用.鉴于此,基于Drucker-Prager屈服准则,推导了考虑渗流效应影响下围岩与衬砌结构相互作用的弹塑性解析解,给出了围岩弹、塑性区应力与位移、塑性区半径等关键参数与支护阻力间关系的解析式.阐述了上述解析结果在确定衬砌结构载荷中的应用,即建立围岩与衬砌结构静力平衡状态并求二者对应曲线的交点.进一步地,考虑接头引起管片衬砌结构整体刚度降低对围岩与衬砌结构相互作用的影响,引入刚度折减系数,并在衬砌结构围岩压力确定中对施工期流固耦合效应的影响和渗流力对衬砌结构支护特性曲线的影响进行了简化处理.最后,通过算例将解析解与水下盾构隧道载荷实测值和数值计算值进行了比较.结果表明:用解析方法得到的施工期和稳定期的管片衬砌结构围岩压力比现场实测值分别大28%和12%,稳定期围岩压力比数值计算值大5%,可为类似工程的设计施工提供一定的参考价值.

锦屏二级水电站深埋引水隧洞衬砌及围岩结构分析

锦屏二级水电站 (一期 )引水隧洞地处高山峡谷地区 ,埋深大、地应力高 ,受大气降水入渗影响地下水极为活跃。对隧洞在不同渗控方案所形成的外部水环境条件下围岩及衬砌的工作性态进行了系统的比较研究和评价 ,得出了一些对高地下水位条件深埋引水隧洞的支护设计有普遍意义的结论。

围岩－隧道衬砌结构体系的减震研究

隔震技术是近年来发展起来的一项减震新技术，对地面建筑效果显著。本文在分析了地面结构隔震原理的基础上，以隧道洞口段为研究对象，从隔震角度出发，提出了地下结构减震模式的基本构思。根据模型试验和数值分析的结果，论述了这一构思在技术上的可行性。

不良围岩条件下水电站调压井衬砌结构选型研究

目前工程上比较常用的水电站调压井衬砌结构型式有两种,一种结构型式是钢筋混凝土衬砌结构型式,另一种结构型式是钢衬加回填混凝土衬砌结构型式。本文针对围岩条件比较破碎,裂隙发育的调压井洞室结构,就两种衬砌结构型式分别进行了高水头作用下的有限元数值模拟,从调压井衬砌结构选型角度分析对比了两种衬砌结构型式在围岩及衬砌结构应力与变形、衬砌结构钢筋混凝土开裂、围岩与衬砌结构联合承载、结构安全储备、经济等方面的优劣。

大跨度无衬砌蛋形黄土隧道围岩结构的静力和地震动稳定分析

为得到大跨度无衬砌蛋形黄土隧道围岩结构在重力和地震作用下的剪切破坏规律,借助于ANSYS软件,根据强度折减法,分别对蛋形无衬砌黄土隧道进行重力分析和地震作用下的动力稳定性分析;探讨跨度、覆土厚度和地震烈度对围岩抗剪强度安全系数的影响。数值算例结果表明:从抗剪强度的角度来看,大跨度无衬砌蛋形浅埋黄土隧道虽能达到初次衬砌的要求,但均不能达到正常使用的稳定性要求;安全系数随跨度、覆土厚度以及地震烈度的增大有所降低,但影响幅度不大。得出的结论可为大跨度蛋形无衬砌隧道的实际施工提供理论基础,并为定量分析大跨度有衬砌黄土隧道的地震反应提供参考。

地震作用下无衬砌黄土隧道围岩结构安全系数的计算探讨

为了得到无衬砌黄土隧道围岩结构在地震作用下的安全系数,借助有限元软件ANSYS,首先采用水平地震作用下的动力分析模型进行模态分析,得到质量阻尼系数和刚度阻尼系数;其次,输入地震波进行动力时程分析,得到模型顶点的最大水平位移;最后,采用静力分析模型,并考虑自重和左右边界上顶点水平位移最大时的侧向边界节点水平位移,通过不断折减围岩土体的抗剪强度参数,即黏聚力c和内摩擦角?,直到计算不收敛为止,从而得到无衬砌黄土隧道在地震作用下的安全系数。数值算例表明:所采用的方法是可行的,地震作用会使得围岩结构的安全系数降低,从而为以后黄土隧道围岩结构在地震作用下安全系数的计算及其工程应用提供了理论依据。

铁路隧道Ⅳ级围岩全环整体模筑衬砌结构断面形式研究

针对铁路运营隧道病害发生的原因和新建隧道底部结构质量问题,在国内外调研资料的基础上,利用有限元软件对不同衬砌结构形式进行了分析。提出了适用于新建铁路隧道全环整体模筑衬砌结构优化设计方案。

围岩变形模量对调压井衬砌结构内力及配筋的影响

采用三维非线性有限元法分析了复杂地质条件下的姜射坝阻抗式调压井结构特性。给出了基于有限元计算应力进行配筋的计算原理和计算方法,研究了围岩变形模量以及横撑断面尺寸变化对调压井结构特性和配筋量的影响。

立洲水电站引水隧洞衬砌结构与围岩固结圈联合受力分析

立洲水电站引水隧洞长16.7km,地质条件复杂,围岩较差,开挖揭露芋类围岩占总长的16%、郁类围岩洞段占总长的65%、吁类围岩洞段占总长的19%,郁类、吁类围岩所占比例约达84%,承担水头40140m,采用DL/T5195原2004《水工隧洞设计规范》的公式法计算配筋较大.结合现场固结灌浆试验及其检测成果及类似工程经验,根据相关文献资料数据调研,适当提高围岩固结圈物理力学参数,并应用于有限元分析计算.结合引水隧洞衬砌结构力学法配筋成果、有限元法配筋成果,从计算原理及边界条件、工程类比、工程效益、施工因素等方面综合分析,选择适合该工程隧洞的衬砌钢筋型式,考虑-定的安全余度,是符合实际的、合理的.

软弱围岩段连拱隧道施工安全及衬砌结构分析

该文以深圳某公路隧道为工程背景,采用有限元程序对该连拱隧道的施工过程进行了数值模拟,得到了隧道围岩的变形规律、应力分布特征,以及围岩位移随时间变化的规律。采用荷载-结构法对隧道二次衬砌内力和截面配筋进行了验算。验算结果表明:设计时可通过增大局部截面厚度和增加钢筋来提高衬砌结构强度,从而最大程度地保证隧道施工的安全进行。

隧洞支洞群施工及运行期围岩及衬砌结构应力变形数值分析

采用弹塑性D-P模型对缅甸太平江水电站引水发电洞支洞群稳定性进行了分析,探讨了在开挖及运行工况下围岩稳定性、衬砌混凝土结构的应力变形分布规律以及不同开挖顺序对围岩应力变形影响。结果表明:在施工及运行工况下,围岩稳定,运行工况下现有衬砌结构能够满足要求,不同开挖方案对围岩应力变形影响不大。分析成果为该工程设计及施工提供参考。

渐变段钢衬结构与围岩联合承载优化设计

以某国外水电站进水口钢衬方变圆渐变段为研究对象,采用三维有限元法分别计算了渐变段在正常运行工况和放空检修工况下的应力和位移。渐变段钢衬单独承载和渐变段加劲环翼缘与围岩联合承载的计算结果对比表明,围岩可有效缓解管壳和加劲环的应力集中。采用联合承载设计可优化渐变段体形,减小加劲环截面的高度。建议在以后的渐变段结构设计中,加劲环增设翼缘,并适当考虑围岩联合承载。

黄金坪水电站调压室围岩稳定及衬砌结构分析

黄金坪水电站调压室洞室规模较大,围岩以Ⅱ、Ⅲ类为主,局部为Ⅳ、Ⅴ类。通过开展三维数值仿真分析,论证大规模地下洞室的围岩稳定状况,分析不同工况下调压室衬砌结构的受力特性,提出调压室边墙衬砌、导流墩采用双层配筋,阻抗板采用分区配筋,孔口需加强配筋的设计方案。实践表明,该设计方案安全可靠,施工可行,经济合理。

围岩蠕变和同步注浆浆液硬化的盾构斜井衬砌结构内力模拟分析

以鄂尔多斯市的补连塔煤矿#2盾构斜井为工程背景,基于Burgers模型,研究在围岩蠕变和同步注浆浆液硬化作用下考虑接头非线性特性的盾构斜井衬砌结构内力分布,并将内力分析结果分别与考虑围岩蠕变效应及同步注浆浆液硬化效应两种情况进行对比。结果表明:考虑围岩蠕变效应的结构内力极值呈自然对数增长,同步注浆浆液硬化效应可减小斜井衬砌的受力;由于考虑了接头的存在,采用双段折线非线性抗弯刚度的斜井结构内力分布呈现不对称现象。

特厚煤层沿空掘巷围岩支卸协同控制技术

针对特厚煤层小煤柱沿空掘巷大范围塑性全煤巷道锚网索的支护难题,以塔山煤矿8204-2小煤柱工作面为工程背景,采用现场实测、理论分析等方法,揭示了锚杆、锚索对沿空大范围塑性全煤巷道的支护机理。锚杆支护主要作用于浅部二次破碎区煤体,形成浅部连续承载结构;锚索主要作用于深部处于三向受力状态的稳定煤体,形成更大范围的连续稳定承载结构;进一步明确了锚杆、锚索有效长度的计算方法,形成了以高预紧力、高强“锚-网-索”支护为基础,以坚硬顶板井下磨料水射流切顶卸压、巷帮大直径钻孔卸压、底板卸压槽卸压为辅的“支卸协同”小煤柱沿空巷道围岩控制技术体系。工程应用结果表明,试验巷道围岩最大变形量小于700 mm,能够满足使用要求。

公路隧道围岩压力监测及衬砌结构受力分析

通过对公路隧道深埋段围岩压力进行监测,绘制围岩压力变化曲线,分析围岩压力变化规律。通过有限元数值模拟分析衬砌结构受力情况,为日后类似隧道工程的合理设计与施工提供了借鉴与参考。

不同围岩和埋深条件下土-结构接触界面对衬砌结构横向地震响应特性的影响分析

土与地下结构在强震作用下易发生错动滑移,会对地下结构的抗震性能产生较大影响。为确保隧道的长期安全性,运用有限元分析方法研究不同围岩和埋深条件下土-结构接触面对盾构隧道衬砌结构横向地震响应特性的影响。结果表明:1)随着土质条件的提高,无论土-结构接触界面有无考虑错动滑移情况,隧道衬砌结构的轴力极值均显著增大,而剪力和弯矩极值均显著减小,且由土-结构接触界面错动引起的隧道衬砌结构动内力变化幅度显著减小;随着隧道埋深的增加,由土-结构接触界面错动引起的隧道衬砌结构动内力变化幅度逐渐减小。2)考虑土-结构接触界面错动滑移时,随着土质条件的提高和隧道埋深的增加,隧道衬砌各部位水平滑移量均逐渐减小。3)当隧道围岩条件较差或埋深较浅时,隧道衬砌结构的横截面抗震设计应充分考虑土-结构接触界面对隧道抗震性能的影响。