锁脚锚管对土质隧道围岩变形和支护内力的影响研究

对比分析了锚杆和锁脚锚管的异同点，提出了锁脚锚管的数值模拟方法。通过三维有限元分析，研究了锁脚锚管对支护结构变形和内力的影响，揭示了锁脚锚管的作用机理，提出了判断锁脚锚管是否有效和合理的标准。研究表明锁脚锚管应通过约束其沿洞轴方向的转动自由度考虑，合理的锚管长度和打入角度不仅有利于限制围岩的变形，而且有助于支护结构承载能力的发挥，一般土质隧道的锁脚锚管长度宜取2．3～3．0m，打入角度宜取0°或30°。判断锁脚锚管是否合理时，可根据工程实际需要，结合承载能力发挥系数与位移限制系数确定。

既有桩基荷载对邻近浅埋隧道开挖效应及支护内力影响的研究

建立了包括地层模型、桩基荷载模型、浅埋隧道开挖模型和支护模型以及桩基荷载、地层压力、地层沉降、支护应变量测装置的平面应变模型试验系统；通过模型试验，研究了不同水平、竖向相对位置处的既有桩基荷载对附近浅埋隧道开挖引起的地层压力重分布、地层沉降及隧道支护内力的影响特征。另外，采用FLAC如软件，对模型试验及不同工况进行了数值模拟。结果表明：（1）与没有桩基荷载的自由地层中的隧道开挖试验相比较，地层中的既有桩基荷载会明显地改变邻近浅埋隧道开挖引起的地层压力重分布、地层沉降及隧道支护内力；（2）对于桩径和水平相对距离都相同，但桩长不同的桩基荷载，桩长与隧道埋深比值为1．0时，对隧道开挖效应影响最大，二者比值小于1．0时，其影响程度随着比值的减小而减小，二者比值大于1．0时，桩长的改变对隧道开挖效应影响较小；（3）对于桩径和桩长都相同的桩基荷载，对地层压力、地层沉降及支护内力的影响随桩基荷载与隧道的水平距离的减小而增大，桩基荷载距隧道的水平距离与隧道直径比值介于0．5～4．0时，桩基荷载对隧道开挖效应影响较大，隧道较危险，比值介于4．0～6．0时，影响较小，比值〉6．0时，影响可以忽略不计。

深埋隧道支护结构内力计算方法研究

深埋隧道是交通建设中的关键,对其力学行为进行深入研究具有重要的理论和工程实际意义。针对既有研究的不足,考虑到深埋隧道支护结构力学响应的空间差异性和施工过程围岩-支护结构的动态作用关系,建立了围岩竖向荷载与径向位移关于隧道横截面角度变化的平衡微分方程,获得了围岩压力作用下复合支护结构的内力解析解。根据支护反力与围岩径向位移的关系,推导了初支与围岩、初支与二衬间的围岩压力与位移解析解。结合数值模拟和现场监测结果进行分析,证实了计算方法的可靠性和有效性。最后基于该解析方法,对支护结构厚度和弹性模量进行了参数分析。结果表明:支护结构的厚度和弹性模量与其弯矩正相关,且弹性模量对弯矩影响更大,初支厚度和弹模的变化对围岩压力和径向位移的影响比二衬对其影响更显著。研究成果可为准确预测支护结构任意截面位置的内力提供一定理论支撑。

高应力炭质板岩隧道开挖支护结构受力评价研究

为探究高应力下炭质板岩隧道开挖过程中围岩位移、支护结构内力变化规律,依托渭武高速木寨岭公路隧道,采用有限差分软件FLAC3D建立三台阶七步开挖法下炭质板岩隧道的数值模型,提出强、中、弱3种支护方案;分析开挖距离对围岩位移、支护结构内力等因素的影响,并对支护设计参数合理性评价。研究结果表明:开挖过程中围岩累计沉降和收敛变形量比较:强支护<中支护<弱支护;开挖相同距离下,随着支护强度上升,支护提供的弹性抗力越强,围岩沉降和收敛变形减小;以强支护为例,支护结构轴力呈现先增大后减小的趋势,最终轴力不断上升但趋势变缓的特征,开挖距离50 m趋于稳定;支护设计参数评价时,开挖距离(50 m)结束,强、中、弱3种方案钢架受压安全系数最小值分别为3.903、3.718、3.264,#1拱顶处强支护钢架较喷射混凝土先破坏,混凝土安全系数最小值分别为3.491、2.987、2.666,#2左拱腰处喷射混凝土较钢架先破坏,故选择中支护方案,材料I25b×C25、初衬厚度26 cm、钢架距离0.8 m。研究成果可为类似软岩隧道开挖和支护结构的设计提供一定参考。

超浅埋暗挖隧道初期支护结构内力监测及稳定性分析

文章以广州地铁林和村段暗挖区间工程为例,通过采用结构内力的监测手段,获得了超浅埋暗挖隧道的围岩径向压力及结构内力的分布规律,并进行了围岩压力、结构内力的稳定性分析。对类似的工程设计、施工有一定的参考价值。

直接刚度法计算新奥法施工隧道初期支护结构内力

直接刚度法(矩阵位移法)是计算隧道衬砌内力的一种基本方法。采用直接刚度法计算新奥法施工隧道初期支护的结构内力,其特点是利用最常用的Excell编程功能及允许容量(12链杆或13单元所形成刚度矩阵),既满足计算精度要求,又提高计算效率;适用各种地质(围岩)状况,为快速判断初支参数是否合理提供了一种数值依据。并提供了结合实际情况的算例。

被动区土体加固对支护桩内力和坑底插入深度的影响

通过计算实例 ,论述了被动区土体加固对支护桩内力和坑底插入深度的影响 ,对于基坑支护设计 ,特别是软土地区的基坑支护设计具有重要的参考价值。

季冻区隧道明洞边坡支护的FLAC3D数值模拟

为了研究季冻区冻胀对边坡及其支护的影响机理,采用有限差分软件FLAC^3D研究了冻胀对边坡位移、支护内力和塑性区的影响规律。经过计算模拟和实测数据的比较分析,结果表明:冻胀期间,支护面层位移的最大值发生在边坡顶位置和软弱泥岩层的位置;喷锚支护面层最大弯矩值在坡顶附近坡面的1/3位置;支护最大的轴力值和锚杆最大轴力差值在坡底附近坡面的5/6位置,冻胀加大了边坡土体的塑性区,并扩大到软弱泥岩层中。

基于MIDAS的抗滑桩与锚杆组合支护结构的数值模拟研究

抗滑桩与锚杆在治理边坡工程中应用广泛,但单其中一种支护形式难以应对各种边坡治理工程。结合边坡治理工程,利用数值模拟技术对抗滑桩+锚杆组合支护结构的变形、内力及边坡治理效果进行研究。研究结果表明:抗滑桩+锚杆组合支护结构中,锚杆为抗滑桩承担了其自由段的滑坡推力,使抗滑桩自由段内力较小,越靠近抗滑桩的锚杆轴力越大。经组合结构支护后,边坡最大总位移降低了79.4%,边坡稳定安全系数提升了39.4%,边坡治理效果显著。以上研究成果可为类似工程提供参考。

大断面空间交叉隧道变形及支护力学特性分析

在山区修建公路交叉隧道时,由于受交通安全的要求和地形条件的限制,通常需要在隧道交叉的位置,扩大主隧道断面,设置紧急停车带,用以确保隧道内公路交通的安全与畅通,并防范交通事故发生时,引离故障车辆于干道。文章通过三维数值模拟分析,对长河坝水电站公路交叉隧道结构的稳定性,进行分析研究,以保证本期主隧道与多座支洞隧道空间交叉结构的施工安全、顺利,使隧道结构衬砌受力合理,为设计优化提供可靠依据。

浅埋膨胀土隧道围岩抗剪强度与支护结构受力特征关系研究

膨胀土吸水后产生的膨胀问题,导致隧道支护结构承受复杂的膨压应力。为研究浅埋膨胀土强度衰减和膨胀效应对隧道支护结构的影响,文章以呈贡隧道工程为背景,首先利用室内直剪试验方法,探明膨胀土的抗剪强度与初始含水量的变化关系;然后基于室内试验结果,采用ABAQUS三维有限元分析模拟软件,研究膨胀土吸水膨胀对隧道支护结构的影响,揭示不同埋深下膨胀土膨胀效应对围岩变形和支护结构内力影响规律。研究结果表明:(1)摩擦角和粘聚力均随含水量的增大而下降,粘聚力受到的影响较大,膨胀土抗剪强度与含水量的关系可采用二次抛物线表征;(2)膨胀土围岩吸水后受到支护结构约束,产生较大的膨胀压力,导致围岩出现破坏,造成隧道仰拱隆起量和边墙水平收敛增大;(3)围岩膨胀后,初期支护结构轴力均匀增加,拱腰处弯矩增加较小,墙脚处弯矩增加较大,使支护结构处于不安全状态;(4)埋深对膨胀变形产生很大的影响,但达到某一极限埋深后将不发生膨胀变形。

隐伏溶洞对隧道围岩-支护结构稳定性的影响研究

岩溶灾害是山区隧道(洞)建设中常见的地质灾害之一。针对岩溶区隧道建设中隐伏溶洞对隧道围岩、支护结构稳定性的影响展开研究,主要研究成果和结论如下:(1)结合西南地区岩溶隧道灾害调查和资料分析,对不同空间展布、不同尺度的隐伏溶洞引起的隧道工程问题进行归类、分析,提出隐伏溶洞引起隧道灾害的两类基本形式,建立相应的力学分析模型。在考虑溶洞形成机制基础上结合围岩变形特性,提出溶洞模拟的“空场”力学模型和考虑溶蚀条件的“溶蚀”力学模型。(2)在深入分析大尺度隐伏溶洞引起的溶洞与隧道间岩层的失稳机制基础上,将大尺度隐伏溶洞影响时隧道顶板和底板的稳定性问题简化为梁、板的跨塌失稳问题。在考虑施工期荷载特征和岩体强度弱化基础上,采用弹性板理论推导了岩溶隧道顶板、底板的最小安全厚度分析公式。(3)针对大部分常见中、小尺度溶洞引起的岩溶隧道稳定性问题,通过数值仿真试验,系统分析不同位置、不同规模和洞间距的隐伏溶洞对圆形、城门洞型隧道围岩应力、位移和支护结构内力的影响;研究围岩塑性区的变化特征。在数值试验基础上,对不同规模、位置隐伏溶洞引起的隧道位移变化规律的内在机制进行理论剖析;给出隐伏溶洞影响时隧道围岩位移、应力和支护结构内力变化的量化特征;提出隐伏溶洞影响范围划分图。(4)研究不同位置、不同尺度隐伏溶洞对隧道围岩空间位移变化特征的影响规律;分析不同围岩条件和不同地应力条件下隐伏溶洞对隧道围岩位移、应力和支护结构内力影响的变化规律。(5)跟踪岩溶区隧道施工进行了现场原位试验,对几种空间展布和尺度隐伏溶洞引起的围岩位移、应力和支护结构内力的影响进行了现场测试;分析不同围岩条件时隐伏溶洞对隧道围岩和支护结构特性影响的变化规律。通过依托工程典型洞段洞外预埋位移观测仪器(机械式多点位移计),研究有、无溶洞条件下隧道位移空间变形特性的变化。现场原位试验验证理论分析和数值试验所得规律的合理性和可信性。

古濑隧道施工由CD工法变为三台阶法初期支护稳定性分析

本文以新建莆永高速公路古濑隧道工程施工为背景,对CD工法和三台阶工法下的初期支护结构内力及变形进行了有限元数值计算分析。分析结果认为:在特定隧道围岩条件下,初期支护结构所受内力在小于初期支护设计屈服强度条件下,施工方法将CD工法改为三台阶工法是可行的。

深基坑桩锚支护结构设计参数分析

结合工程实例具体分析桩锚支护结构设计参数对锚杆内力、长度、支护桩内力、支护桩嵌固深度和桩顶位移的影响,这些参数包括坑顶荷载的大小与作用区间、锚杆离坑顶的距离、锚杆孔径、锚杆锚固段长度和锚杆预应力取值.分析结果表明:坑顶荷载的大小与作用区间对锚杆轴力和支护桩内力影响明显;锚杆一般布置在离坑顶H/3的位置较为合理;锚杆锚固段长度与支护桩的嵌固深度相互影响,应该根据基坑地质情况和基坑周边环境条件综合确定;锚杆预应力对支护桩桩顶位移控制明显.

灌注桩加砼内支撑基坑支护结构截面设计分析

为研究影响灌注桩加混凝土内支撑基坑支护工程中,支护结构截面尺寸的选取问题,采用弹性地基梁法结合增量法,以南京某软土基坑工程为例,建立了计算模型,分析在多种支护桩直径和内支撑截面宽度组合情况下,支护结构水平位移、结构内力及地面沉降的变化情况。结果表明:对于增大支撑刚度,增加支护桩直径比增加支撑截面宽度有效;增加支护桩直径或支撑截面宽度均会使支护结构变形减小,而增加支护桩直径效果更好;增大支撑刚度可降低支护桩抗弯配筋量,而抗剪配筋略有增加;增大支撑刚度,第一道支撑轴力减小,但两道支撑轴力总和基本不变;已确定的计算模型,主动土压力大小与支撑刚度无关;减小地面沉降可增加支护桩直径或增加支撑截面宽度。

地铁车站深基坑开挖全过程的三维数值模拟分析

为研究地铁车站基坑围护结构的力学性状及周边土体变形情况,运用ABAQUS软件建立地铁深基坑开挖全过程的三维数值模型,在充分考虑材料非线性的基础上,结合特定断面分析基坑开挖全过程中支护结构和基坑的变形情况。结果表明:坑底竖向位移与开挖深度呈正相关,整体表现为“鼓肚子”的变形形式;随着开挖深度的增加,支护结构侧向位移先增大后减小,最大位移出现在墙体顶部以下0.7H~0.8H处,且端头井处侧向位移明显小于标准段;基坑开挖导致地连墙周边10 m范围内出现明显的地面倾斜,会对既有建筑物造成不利影响,距离基坑边缘30 m以外的地面倾斜则不会对地面建筑造成明显影响。

隔离桩在隧道侧穿邻近浅基建筑中的应用

针对某地铁新建隧道侧穿邻接浅基建筑采用隔离桩隔离的工程,进行了正交有限元法优化研究.先对比分析了既有建筑对隧道施工引起地表沉降的影响,使用隔离桩(模拟中采用经验隔离桩参数)的隔离效果,以及注浆对隧道稳定性的影响.然后,采用正交有限元方法对隔离桩3个主要参数进行优化设计.研究结果表明:既有建筑的存在改变了原自由地面的沉降槽形状,使变形和支护结构内力增大,隔离桩的打设和注浆对变形和内力有一定的控制作用.隔离桩最优参数为桩长33 m,桩纵向间距0.5 m和桩距离隧道1.5 m.对桩的参数优化分析对于以后的类似工程有一定借鉴意义.

公路隧道下穿3层采空区施工模型试验研究

隧道近接下穿3层倾斜采空区施工容易引起围岩松动范围叠加、增大,地层的非对称移动易使隧道结构受非对称荷载作用。采取室内模型试验模拟公路隧道下穿3层煤层采空区的开挖过程,通过埋设土压力盒、电阻应变片、地中位移计,测量隧道开挖过程中初期支护受力和地层位移。试验结果表明,一定范围倾角越小,隧道测试断面开挖过程中的采空区地层的沉降速率越大,时程曲线越陡,后期沉降值较大,扰动程度随地层与隧道距离的增加先增大后减小;一定倾角的采空区会使离采空区较远一侧的仰拱处土压力明显增大,结构设计时应予以加强;在15°~30°范围内,倾角对围岩压力的分布形态、量值影响不大,对钢拱架内力影响较大,倾角越大,初期支护偏心距越大。对于Ⅳ级围岩,双车道隧道近接(2 m)3层采空区地层施工时,建议先进行超前支护,再采用台阶法开挖,进尺不大于1 m,钢拱架间距不大于0.5m。

小规模下伏薄煤层采空区倾角对隧道开挖稳定性的影响研究

公路隧道近接下伏采空区施工必定会打破采空区的原始平衡状态,出现应力重分布现象。为研究不同倾角下伏采空区对隧道施工稳定性的影响规律,文章采用有限元软件构建采空区地层隧道计算模型并进行了数值计算,研究了下伏采空区倾角对隧道洞周位移、初期支护内力和塑性区的影响规律。计算结果表明:(1)下伏采空区的存在加大了隧道洞周位移,倾角越小,增幅越大;(2)下伏采空区的存在增强了初期支护内力分布离散性,尤其是对拱顶内力影响幅度较大,主要体现在隧道拱顶轴力降低,倾角越小,降低值越大;(3)下伏采空区的存在增大了围岩塑性区,甚至贯穿到采空区冒落带,倾角越大,塑性区越小。因此,下伏采空区倾角越小,隧道施工风险越高,围岩稳定性越差,结构受力越不利,应采取有效措施提高下伏采空区的处治强度。

新建立交隧道施工对既有隧道影响的模型试验

为分析新建立交隧道施工对既有隧道的影响,采用公路隧道结构与围岩综合试验系统对立交隧道进行三维物理模型试验。对既有隧道2个剖面的围岩压力、围岩内部位移及支护内力进行全程监测,通过分析得出:既有隧道Ⅰ剖面围岩压力受到的影响较大,Ⅱ剖面围岩压力受到的影响较小,各监测点的围岩压力基本处于减小状态,拱底围岩的稳定性降低;拱顶和拱腰围岩内部位移表现为拉伸变形,且拱顶处的变化值远大于拱腰处的变化值;既有隧道支护轴力变化的最终值基本为增加,支护弯矩变化的最终值都为减小;0.25D立交间距下既有隧道的围岩压力、内部位移及支护内力受新建隧道的影响较大,建议将立交隧道的立交间距控制在0.5D以上。