基于当层法的新建隧道下穿既有隧道引起的变形预测模型研究

对于新建隧道下穿既有隧道引起地层和既有结构的变形,常规的预测方法往往忽略了既有隧道刚度的影响,导致计算结果与实测结果有较大误差。文章基于当层法将既有隧道近似等效为一种岩土地层,考虑既有隧道刚度的影响,结合Peck公式建立一种新的新建隧道下穿既有隧道变形预测理论模型,推导出考虑既有刚度影响下的Peck公式解,并通过工程实例分析,验证了此方法的有效性。

基于当层法的煤矿斜井围岩压力拱分析

为研究不同倾角下煤矿斜井开挖时围岩压力拱的变化和优化巷道支护设计,以东胜煤田塔拉壕煤矿为依托,基于Покровский当层法理论,通过定义2种应力路径,对比分析了复合地层条件下,分别在6°、12°、18°倾角下直墙拱形和圆形断面硐周围岩压力拱内外边界及拱体厚度变化情况。结果表明:对于直墙拱形和圆形断面,随着倾角增大,硐室上方和两侧压力拱内边界距硐周距离不变,外边界距离增大,围岩承载能力增强;在3种倾角下圆形断面应力拱边界较直墙拱形距硐周距离均较小,但主应力峰值较大,也说明了在斜井中圆形断面压力拱作用效果弱于直墙拱形。

隧道下穿施工引起既有隧道及地层变形预测的改进随机介质理论模型

新建隧道下穿既有隧道施工时,由于传统随机介质理论无法考虑既有隧道的影响,地层变形预测结果易出现较大误差。考虑隧道开挖后断面的非均匀收敛,基于随机介质理论与Peck公式两者关键参数之间的关系,对传统随机介质理论进行了简化和改进;应用隧道衬砌抗弯刚度等效及当层法,对非均质地层和既有隧道进行了等效处理,提出了隧道下穿施工引起的既有隧道及地层变形预测模型,结合相关典型工程验证了该理论模型的准确性。结果表明:与传统随机介质理论相比,预测模型对既有隧道及地层的变形预测曲线均呈“宽而浅”的特点,与数值计算及现场实测结果的关联度更大,具有更高的合理性和准确性,为隧道下穿施工引起的既有隧道及地层变形预测提供了理论依据。

既有路基下浅埋隧道开挖引起地层的位移及应力解析解

在既有公路下进行浅埋隧道开挖会引起地层产生位移,导致地表沉降。为了保证施工安全,快速精确地计算地层位移及应力,有效地控制地表沉降,对浅埋隧道的设计与施工均十分重要。在镜像法原理的基础上,引入等效模量当层法,推导出了在有上覆不同材料下浅埋圆形隧道开挖引起地层位移、应力及地表沉降的解析分布规律。计算结果表明,既有路基下开挖隧道引起地层产生的位移和应力解析解能够很好地体现上层高弹性模量路基对沉降及应力的扩散作用,可以求得隧道开挖后洞周地层包括上覆路基及下卧层中任意位置处的位移、应力以及地表沉降,为在双层地基材料中开挖浅埋隧道引起地层位移及地表沉降的计算提供了一种新的解析方法。

考虑建筑物刚度和自重的地层位移解析解

为更准确计算隧道施工时既有建筑下的地层位移,以西安地铁工程为依托,通过当层法和太沙基理论,推导出考虑建筑物刚度和自重的地层位移计算公式。结果表明,与只考虑建筑物刚度的地层位移计算结果相比,考虑建筑物刚度和自重计算的地层竖向位移较大,沉降曲线为塞形,水平位移较小;随着深度增大,地层竖向位移与水平位移幅值增大,水平位移曲线逐渐变陡,竖向位移的分布曲线由塞形变为高斯曲线。考虑建筑物刚度和自重的地层位移与实际情况更为符合。

新建隧道斜交下穿既有隧道变形预测模型研究

为探究新建隧道斜交下穿既有隧道施工所引起的地层沉降变形规律,避免施工中既有隧道产生较大的沉降变形,影响正常的交通运营。根据沉降槽宽度的修正公式,推导出正常地层下新建隧道开挖引起的地层变形曲线,并基于当层法原理,考虑既有结构的刚度和既有隧道与新建隧道的夹角对沉降槽曲线的影响,推导出隧道斜交下穿既有隧道情况下任意地层沉降变形曲线的预测公式。通过工程实例分析,验证了该计算公式的可靠性,为类似的隧道斜交下穿既有隧道工程提供参考。

土钉支护季节冻土区边坡冻胀效应耦合模型建立及求解

为了研究季节冻土区边坡冻胀效应下土钉支护结构沿土钉长度方向的剪应力和轴力分布变化规律,首先,基于传热学理论及固液两相共存的导热微分方程得到冻结锋面移动变化规律,结合冻胀率公式进一步推导得到寒区边坡自由冻胀变形计算公式;其次,将土钉对边坡的支护作用视为无穷多个沿着土钉长度方向上的剪切分布力,考虑到边坡冻结时冻结层与未冻土层的刚度差异性,通过坐标变换后将刚度当层法与Mindlin解相结合推导双刚度层边坡内部有剪切集中力作用时钉土相互作用接触面上任一点的位移解析解;最后,基于钉土二者相互作用位移协调条件,建立关于土钉长度方向剪切分布力的黎曼积分方程,通过闭Newton-Cotes法的复合梯形积分公式及MATLAB软件编程对算例求解分析,获得土钉轴力分布规律,并利用数值解和实测值进行对比验证,此外还分析冻胀率、初始含水量等参数对土钉长度方向剪应力及轴力分布影响。结果表明:本文耦合计算方法得到土钉轴力分布形式与现场实测、数值模拟结果在总体趋势上基本一致,表明耦合计算法是合理可行的;土钉长度方向的剪应力及轴力分布规律符合中性点理论,轴力曲线呈现出两头小中间大的抛物线状,其最大值对应出现在剪应力为零的位置处,此外边坡土体冻胀率、初始含水量、土钉长度等因素均对土钉长度方向的剪应力及轴力的影响不容忽视。研究结果可为寒区边坡冻胀作用下土钉支护结构设计提供有益科学参考。