地形偏压作用下渗流诱发地表塌陷模型试验

目前尚缺乏对地形偏压作用下渗流诱发地表塌陷的发育和影响机理的研究,本文采用自行设计的模型,以坡度倾角为主变量,结合填土高度、相对密实度以及含水率多个变量开展了对照试验。通过对试验结果的分析,获取了塌陷发育过程的规律以及不同因素作用下对地表塌陷的影响机理。结果表明:级配良好的砂土塌陷过程可分为缓慢侵蚀、加速侵蚀和塌陷阶段;沉降槽中心位置随着坡度倾角增大向深埋侧移动,空腔面积的扩展速率随倾角增大而增大;含水率影响土的基质吸力和抗剪强度,使空腔面积扩展速率与含水率成反比,沉降槽中心位置偏移角度随含水率增大而增大,塌陷坑形状也随含水率改变有显著差异;随着砂土的相对密实度增大,塌陷范围有减小的趋势。

地形偏压条件下隧道初始应力场及二次应力场分布特征

为获得地下偏压条件下地层初始应力场和隧道开挖后二次应力场的分布特征,根据通常的工程地质参数取值范围,设置典型值,结合理论推导,分析偏压隧道地层初始应力场与地表倾角和泊松比的关系,研究偏压隧道二次应力场沿隧道径向和切向的分布规律。研究结果表明:相对于水平地表,偏压地形改变了地层应力场的分布状态,初始应力场便存在剪应力,且随偏压角度的增大而增大,而隧道开挖后,当偏压角度大于20°时,二次应力场中便有拉应力区域出现;各特征方向应力随离隧道中心距离的增加而减小,直至2倍洞径处;30°角度偏压时的最大剪应力约为无偏压时的2倍,主要发生在拱顶、仰拱和边墙部位,应为加固处理的重点区域。

地形偏压连拱隧道模型试验衬砌受力研究

运用相似理论分析模型材料的选择原则,设计了能进行围岩压力、位移、衬砌变位及竖向加压测试的平面应变模型试验装置。通过1∶20比例尺寸的模型试验对地形偏压作用下连拱隧道衬砌受力和拱顶沉降的分析,表明在不同荷载下左右洞室衬砌都受压力,随着隧道上覆荷载的增大而增大,左洞最大轴力值分布于仰拱和边墙的结合部位,右洞最大轴力值分布于靠近中墙的左拱腰;试验过程中,左右洞室有被压扁的趋势,连拱隧道整体向浅埋侧移位,浅埋侧和深埋侧围岩出现被动压力和主动压力作用。

地形偏压连拱隧道衬砌内力研究

通过1∶20尺寸比例的模型试验和数值模拟结果表明,左右洞室有被压扁的趋势,左洞最大弯矩分布于左、右拱腰和拱底,右洞最大弯矩分布于左拱腰;连拱隧道整体向浅埋侧移位,浅埋侧和深埋侧的围岩出现被动压力和主动压力作用,浅埋侧隧道的拱顶竖向应力小于深埋侧。物理模型与数值模拟内力图对比分析表明,偏压条件下衬砌结构的内力变化规律基本一致。

地形偏压隧道判定方法及设计施工措施

针对地形偏压隧道设计、施工中的技术难题,明确偏压程度的影响因素和变化关系,采用解析方法及数值模拟计算等手段展开研究。分析得出了埋深、地面坡度、开挖跨度等因素对偏压作用的影响规律,通过埋深和地面坡度可定性判定隧道偏压程度,初步给出了偏压地层加固的原则和方法,建议偏压隧道施工方法以CD法为主,双侧壁法为补充。

隧道洞口地形偏压段的设计探讨

公路隧道在穿越山体时,地形存在偏压的隧道洞口地段采用承载能力高,整体性优于围岩体的支撑体,配合纵向管棚等超前措施,改善原偏压段的稳定性,避免破坏环境,做到隧道在洞口偏压地段施工时的安全环保统一。

偏压地形下隧道围岩稳定性及支护参数优化研究

针对偏压地形下不同埋深隧道的支护问题,以毛洞水平位移和塑性区对称分布作为判断偏压地形下隧道深浅埋的依据确定了隧道深浅埋分界线,将洞内最大水平收敛值和最大沉降值作为特征点评价不同埋深下隧道的稳定性并进行支护参数优化分析.结果表明:(1)随着隧道埋深的增加,当隧道埋深3D(D为隧道洞跨)时相比埋深1D,最大水平收敛值增大3.1倍,最大沉降值增大5倍;(2)偏压地形下深、浅埋隧道最优超前支护厚度分别为50 cm和30 cm,最优初期支护厚度和开挖进尺分别为20 cm和1 m;(3)提高支护强度对控制深埋隧道围岩变形效果较好,施工时应采用超前支护+初期支护等联合支护措施.

地形偏压隧道开挖变形特征及预加固措施

在全面考虑了偏压隧道影响因素的基础上,采用FLAC对不同横坡坡度、围岩级别和侧覆土厚下的偏压隧道进行了开挖模拟,通过对隧道开挖变形特征及各关键点位移的分析,指出隧道在侧覆土厚大于20 m后基本不受偏压的影响,在侧覆土厚小于15 m时则需要在开挖前进行预加固措施。基于此,对不同工况下隧道进行的预加固措施的模拟分析,结果表明:V级围岩条件下,侧覆土小于7 m时主要需要解决的是浅埋侧反压能力不够的问题,而大于7 m后需要解决的则是深埋侧压力过大的问题,并在实际工程中得到验证。研究结论可为类似工程的设计和施工提供参考。

地形与地质构造偏压隧道结构受力分析

通过对贵州三凯高速公路松皆雅隧道工程地质情况的现场调查,对隧道支护结构压溃机理进行了理论分析,并提出了相应加固处治方案。结果表明,地形偏压和地质构造偏压的复合作用是引起地表岩体开裂和支护结构压溃破坏的主要原因,在地形偏压不显现的情况下,顺倾地质构造偏压对隧道支护结构受力和变形起着控制作用。针对不同偏压情况,提出了地表锚索、抗滑桩加固和洞内支护加强相结合的综合治理方案,应用实践证明了处治方案的合理性,可供类似隧道工程参考。

水平软硬互层偏压隧道施工稳定性分析

以水平层状的砂泥岩互层围岩条件下遂德高速公路中鸡公岭隧道为工程背景,采用有限元分析软件,模拟分析在不同偏压条件下三台阶开挖施工方法中隧道围岩塑性区分布情况及初衬收敛位移、应力场变化情况。结果表明:中部施工对隧道稳定性影响最大,随着偏压角度的增大,塑性区由拱腰向拱脚及拱肩处发展。初衬拱顶及仰拱竖向位移随着施工步序的进行而增大,总体收敛位移及竖向位移最大值均发生在砂泥岩互层交界处。由于施工荷载作用,整个拱圈初衬的初始应力场被破坏,其中隧道中部施工对应力场重分布的作用更明显。随着偏压角度的增大,左右两侧隧道小主应力最大值绝对值的增量均逐渐变大,在偏压角度大于50°后,左侧隧道小主应力最大值绝对值超过右侧隧道的对应值。

卵砾石土地层偏压地形大跨浅埋隧道的施工方法

为了研究卵砾石土地层偏压地形大跨浅埋隧道的合理施工方法,建立考虑实际地形状况的隧道三维计算模型;分别采用台阶法和分部开挖法以不同施工顺序对隧道的施工过程进行数值模拟,经对比分析,确定隧道的合理施工方法。研究结果表明:卵砾石土地层偏压地形大跨浅埋隧道采用超前预支护辅助措施,先从浅埋一侧拱部断面开挖的上半断面临时中隔壁四分部法是可行的施工方法;施工过程中,影响围岩位移的主要因素是支护系统能否及时封闭,以及开挖断面的数量多少;对于偏压地形大跨浅埋隧道来说,先开挖支护浅埋一侧拱部断面,再开挖支护深埋一侧拱部断面,然后依次(浅埋~深埋)开挖支护下台阶和仰拱的施工顺序有利于拱部围岩稳定,引起的拱顶下沉较小,也较为均衡。

偏压地形隧道开挖顺序及支护结构优化研究

在"鸡爪"偏压地形中,目前的施工顺序基本是按从外到内、支护参数基本是内外一样的设计和施工工序,从而引发了不少山体滑坡、隧道开裂及坍塌等安全事故,因此,本文根据隧道所处潜在滑坡体的位置,运用有限元分别计算了隧道左右洞全部在滑坡体中、外洞在滑坡体中、内洞在滑坡体外及隧道左右洞全部在滑坡体外的工况,通过安全系数和塑性区分布大小的比较,从而得出了先行洞的优先原则和支护结构优化的一些结论,期望为以后的隧道设计及施工提供参考。

偏压地形下Y型连接隧道的稳定性研究

针对深圳地铁10号线凉帽山车站段处"Y"型分岔隧道工点,利用Flac 3D数值分析软件验证施工工序、工法及支护的合理性。计算结果显示,在采用横通道作为不同形式断面的转换节点的设计方案下,双线隧道衬砌最大压应力在2 MPa左右,单线隧道衬砌最大压应不超过1.7 MPa,均远低于衬砌承载极限;双线隧道拱顶累计沉降不超过2 mm,洞周收敛不超过1 mm,单线隧道拱顶累计沉降不超过1.5 mm,洞周收敛不超过2 mm,均处于稳定可控状态。实际施工中的监测数据与数值计算结果相差不大。可以得知,采用横洞道的设计方案合理可行,更有利于结构的安全稳定。

大偏压公路隧道组合式洞门结构设计及力学特性分析

贵州省某公路匝道隧道洞门存在大偏压地形,洞门存在高边仰坡问题,设计一种双排桩基、承台、耳墙组合式洞门结构,解决了刷坡与大偏压问题。通过数值模拟并结合工程施工监测数据进行对比,对设计方案和组合式洞门结构受力特性进行了研究。结果表明:在本工程大偏压地形条件下采取组合式洞门结构形式设计是合理的,确保了隧道顺利暗挖进洞;大偏压地形条件下组合式洞门结构受力呈现与边坡坡率方向为轴线的对称受力特性,拱顶最大沉降位于拱顶中间偏向边坡方向,隧道最大水平位移位于拱腰位置;该组合式洞门结构桩基承受竖向荷载同时兼做边坡抗滑桩,结果表明起到了很好的加固作用;本工程针对大偏压地形的组合式洞门结构设计与采用的数值分析方法可为类似工程提供借鉴经验。

基于严重偏压地形下隧道半明半暗进洞技术研究

就高速公路隧道施工概况进行阐述,对隧道洞口进洞施工方案设计进行合理分析,提出严重偏压地形下的隧道半明半暗进洞技术,以促进高速公路施工顺利完成。

连拱隧道中墙偏压作用机理研究

基于连拱隧道分别在地形偏压与施工偏压条件下完成了数值模拟,并对中墙内力及变形情况进行了分析。研究中墙内力发现,在不同偏压条件下,中墙底截面弯矩、剪力均较大,故底截面应做为中墙内力的控制截面。此外,计算结果显示,在地形坡度约为1:1.4时,中墙弯矩、剪力发生突变,当坡度大于1:1.4时,其弯矩、剪力明显增长,故在设计中,应尽量避免超出这一坡度限值。

软弱围岩偏压连拱隧道正洞合理施工布局研究

浅埋偏压连拱隧道左右洞的施工顺序和布局对围岩稳定和支护受力影响较大,为了明确浅埋偏压连拱隧道合理施工顺序,本文依托广东省南山路连拱隧道工程,结合现场监测以及数值模拟方法,研究了软弱围岩浅埋偏压连拱隧道左右正洞不同开挖布局时初期支护受力变形规律。通过建立数值模型对先开挖浅埋侧正洞和先开挖深埋侧正洞两种分案下的拱顶沉降、初期支护受力、塑性区分布、中隔墙水平侧向位移及受力等模拟结果的分析,得出:(1)不管采用哪种开挖顺序,先行洞的拱顶沉降均小于后行洞的拱顶沉降;(2)后行洞上台阶开挖后为中隔墙倾斜最为严重阶段,隧道施工完成后中隔墙向浅埋侧倾斜;(3)先行洞的初期支护整体受力较大,后行洞的初期支护受力较小;受力较大的部位一般在先行洞上台阶与中隔墙连接处以及靠近中隔墙侧拱腰处;(4)先开挖浅埋侧正洞方案较优,该方案支护受力变形较小,有利于支护结构的稳定。研究结果指导了现场工程施工,现场监测数据与计算结果较为吻合,研究结论可为类似工程提供参考。

软岩偏压隧道中夹岩施工扰动效应及控制技术研究

依托某实际工程,采用Abaqus建立三维数值分析模型,研究不同净距和坡度对软弱围岩偏压小净距隧道中夹岩围岩塑性区发展规律的影响,并研究中空注浆锚杆长度变化对中夹岩及隧道稳定性的影响,得到合理加固参数。结果表明:随着坡度和净距的变化,中夹岩柱塑性区的表现形式可分为塑性区中心贯通、塑性区边缘贯通和塑性区分离3种类型;塑性区中心贯通产生的围岩塑性变形要比塑性区边缘贯通和塑性区分离的围岩塑性变形严重得多;当净距小于10 m时,中夹岩柱处于塑性区贯通破坏状态,需要对中夹岩柱进行加固;基于锚杆长度变化对锚杆轴力及隧道位移的影响,锚杆长度取4 m较为合理,对于偏压小净距隧道,浅埋洞可以采用规范规定的同等级别下支护参数的较小值,深埋洞可以采用规范规定的同等级别下支护参数的较大值。

偏压连拱隧道施工方法研究

文章采用三维有限元数值模拟研究了偏压连拱隧道不同施工顺序下拱顶下沉、中墙稳定性及初期支护受力特征。研究结果表明,先开挖浅埋侧时,拱顶沉降较小,中墙在施工中的稳定安全系数较大、弯矩较小,初期支护受力较大;对于浅埋偏压连拱隧道,围岩变形及中墙在施工中的稳定性控制更为重要。所以,从有利于围岩变形、中墙稳定性控制以及中墙受力的角度出发,宜采用先开挖浅埋侧的施工方法。

浅埋偏压隧道地表沉降规律及其预测方法

隧道地表沉降是围岩稳定性判断的重要依据,也是隧道施工监控量测的重要环节。浅埋偏压隧道地表沉降规律相对于非偏压隧道更为复杂,也更容易诱发安全事故,因此有必要进行深入研究。首先,文章基于最大主应力偏转理论,对偏压隧道偏压程度进行量化分析,提出了隧道偏压系数的概念及其计算方法。其次,建立等效分析计算模型,将浅埋偏压隧道地表沉降视为偏压地形和偏压荷载共同作用的叠加,并给出了分析计算方法和步骤。最后,通过现场实测资料进一步对浅埋偏压隧道地表沉降规律进行分析,并对预测结果进行验证。结果表明:偏压系数与地表偏压角、隧道埋深和地层侧压力系数有关;地表沉降曲线在偏压作用下会发生扭曲,最大沉降区域和影响范围都向深埋侧偏移;当偏压程度较大时,偏压作用易导致深埋侧地表出现开裂,浅埋侧地表出现错台。