某软岩公路隧道钢拱架支护受力变形特征分析

某公路隧道为典型的高地应力、深埋、软岩隧道,其面临着软岩大变形问题。以公路隧道斜井与主隧道交叉口为模型,利用数值软件midas GTS NX模拟现场施工过程,研究围岩和衬砌的变形与应力分布规律。在此基础上,根据相关规范选取了4种不同的钢拱架间距,通过数值模拟结果对比分析钢拱架间距对支护效果的影响。综合考虑支护效果和经济时间成本,本研究结果表明钢拱架间距0.8 m较为合理,旨在为充分发挥钢拱架承载能力、节约材料、优化初期支护设计提供参考。

伪倾斜煤层顶板垮落规律与支护受力特征研究

伪倾斜柔掩支架采煤法是急倾斜煤层开采的常用方法,深入研究伪倾斜煤层顶板垮落规律及工作面支护受力特征对煤矿安全生产具有重要意义。通过现场勘查与室内试验方法获得煤岩体的力学特性,利用3DEC离散元数值计算方法研究伪倾斜煤层泥岩顶板垮落规律,根据顶板的垮落范围及垮落步距设计工作面支护方案。利用3DEC离散元方法对开采支护方案进行验算,并在实际工程中进行检验。研究结果表明,泥岩顶板的弹脆塑性应变软化特征明显,选用弹脆塑性应变软化本构模型能够准确表征岩层力学特性;柔掩支架对倾斜泥岩顶板煤层具有良好的支护效果,液压支柱能有效改善柔掩支架受力状态,提高支架支护能力;利用离散元方法对伪倾斜柔掩支架采煤法进行模拟计算,计算结果与现场应用效果基本相符,证明离散元计算方法适用于倾斜煤层开采支护分析。

高层建筑深基坑支护受力稳定性分析

由于传统支护施工技术使深基坑稳定性和承载度降低,研究高层建筑深基坑支护受力稳定性。以某高层建筑办公楼为例,采用人工技术将斜坡保持在平整状态,对复合式结构完成边坡锚喷施工,实现土钉墙的边坡支护施工;使用三轴深层搅拌桩注浆时,完成三次提升与下沉的搅拌,在施工过程中同时做好养护工作,从而实现深层搅拌桩的地基支护。测试结果表示:对高层深基坑支护技术优化后,整体结构发生水平位移的平均距离为 17.25mm,而发生沉降的距离只有 45mm,可见本文技术在实际施工中可以保证结构的稳定性。

考虑降雨入渗的隧道变形及支护受力数值分析

隧道施工过程中,降雨入渗对隧道围岩变形及支护受力特性的影响较为显著。本文利用有限差分软件FLAC3D建立隧道数值分析模型,通过内置FISH语言将节点饱和度变量转化为单元变量,将基质吸力和土体强度参数随含水率变化关系嵌入数值模型中,实现了隧道围岩由于降雨入渗产生非饱和渗流过程的数值模拟。对不同降雨强度下土体含水率、基质吸力、隧道变形及初期支护受力随降雨历时的变化规律进行了分析。结果表明:随降雨历时增加,浸润锋线向隧道拱顶发展,此时拱顶沉降及初支衬砌受力均显著增大。当降雨强度较小时,隧道变形和支护受力随降雨强度增加变化明显;当降雨强度增大到土体饱和渗透系数后,隧道变形和支护受力随降雨强度变化较小并逐渐趋于稳定。

深埋老黄土隧道围岩劣化对支护受力影响分析

为解决围岩劣化所导致的深埋老黄土隧道初期支护破裂问题,以蒙华铁路阳山隧道深埋老黄土围岩劣化初期支护破裂段为工程依托,通过补勘、数值分析、应力监测等手段对深埋老黄土及围岩劣化工况的支护受力特征作对比分析,得到如下结论:1)在原围岩参数工况下,喷射混凝土全环受压,上台阶喷射混凝土受力较大,最大压应力位于拱顶,同时上台阶拱脚有较大剪切应力;2)在围岩劣化但未形成连续滑移面的工况下,上台阶的弯曲压应力显著增大,最大压应力仍位于拱顶,且上台阶拱脚处易发生压剪破坏;3)在围岩劣化且形成连续滑移面的工况下,最大剪切应力与最大压应力位于同一位置——滑移体与衬砌接触的上部边界,此处易发生压剪破坏且位置随着破裂滑移面的变化而变化,分布范围在上台阶拱腰至拱脚处。

全风化花岗岩地层特大断面隧道施工过程支护受力分析

地下工程的施工过程是一个几何形状逐步变化的不完整结构在时间和空间上承受不断变化的施工荷载的受力过程。本文以新考塘隧道出口扩大段特大跨度隧道工程为背景,通过数值模拟方法,对第1次初期支护、临时支护、第2次初期支护的受力随施工过程的变化规律进行了研究。研究结果表明:支护受力体现施工过程相关性,并不一定终态是最不利状态,具体到本工程,4部作业相对最危险,5部作业反倒改善了支护结构受力;从拆撑以后的双层初期支护受力来看,第2次初期支护是有效的,拆撑风险是可控的;最小安全系数的量值分布呈现"第2次初期支护>第1次初期支护>临时支护"的规律。

软弱围岩隧道机械化全断面爆破开挖初期支护受力特性研究

软弱围岩隧道开挖后自稳能力差,易发生大的变形、钢架扭曲等现象。为降低安全风险,依托郑万高铁高家坪隧道进口机械化全断面爆破施工,对支护体系下的围岩压力、钢架应力、初喷混凝土应力、锚杆轴力、围岩内部位移、掌子面挤出变形等进行系统试验研究。试验结果表明:围岩压力、钢架应力、初喷混凝土应力受岩性条件、施工扰动等因素影响显著,随时间推移均呈现"急剧增大、缓慢增大、波动变化、稳定收敛"的变化规律;通过锚杆轴力峰值位置可以初步判定围岩塑性区范围约为距洞壁3.0 m。基于现场试验监测,通过数值模拟分析了初期支护结构压应力、轴力和弯矩的分布情况,与现场量测数据相符,较好地反映了初期支护受力特征。本次试验的相关方法、手段和结论对隧道机械化大断面施工软弱围岩变形与支护体系受力研究具有借鉴作用,同时也为建立科学合理的支护结构体系提供了参考。

超大跨扁平地下洞库锚喷支护受力特征研究

针对巨跨超扁平洞库围岩荷载分布的复杂性和施工的困难性,为填补国内远超50 m级巨跨超扁平洞库修造技术的空白,提升对支护结构和围岩受力特征的认知,依托巨跨洞库工程展开了巨跨超扁平地下洞库开挖过程中支护技术的研究。通过对巨跨洞库锚喷支护进行数值模拟,得到不同支护结构的受力情况,并对不同支护结构的支护效果进行对比分析。结果表明:1)在开挖过程中,系统锚杆轴力和喷射混凝土结构内力总体较小,相比之下锚索的拉力较大;2)在拆除两侧岩柱时,锚索拉力增幅较大;3)锚索轴力监测数据和数值模拟的变化趋势相同,验证了数值模拟计算结果的合理性。因此,可以认为在整个施工过程中,锚索对围岩稳定起主要支护作用。

基于现场实测的风积沙隧道围岩变形及支护受力规律研究

以蒙华铁路王家湾隧道为依托,对风积沙地层三台阶开挖段展开基于现场实测的隧道围岩变形及支护受力规律研究,并与数值模拟进行对比验证,得出以下结论:拱顶、边墙及拱腰具有不同的变形发展模式,且变形量分别受到不同台阶的影响;围岩—初支接触应力再上断面施工后增长较快,下断面施工后趋于稳定;钢拱架初期应力增长很快,拱部型钢受力较大;超前支护对边墙以上围岩塑性区发展有良好抑制作用,随着向下开挖,边墙以下最终形成贯通型塑性区。

顺层偏压地层支护受力现场试验研究

以某顺层偏压隧道工程为依托,开展围岩压力、初支钢架、混凝土及锚杆受力现场监测。监测结果表明:顺层偏压地层隧道支护受力具有明显的偏压特性,拱顶围岩压力实测值大于规范计算松动压力;初支混凝土偏压侧存在混凝土开裂现象,应加密网片和增厚喷射混凝土;围岩塑性区开展最大深度约2.7m,设计4m长锚杆经济合理。其结论可供类似工程借鉴和参考。

基于FLAC分岔隧道关键部位支护受力特征分析

结合某高速公路分岔隧道工程,基于有限差分数值软件FLAC建立三维数值计算模型,根据隧道硐周塑性区分布和锚杆轴向应力分布分析支护前后的围岩受力特征。根据数值模拟结果可知,支护参数和结构满足安全性要求,能够有效地指导隧道工程的设计和施工。

考虑位移的土压力理论在支护桩受力分析中的应用

针对支护桩所受土反力与土体位移呈非线性关系的问题,通过引入梅国雄提出的考虑位移的土压力计算方法,将计算方法中的土压力代换单桩挠曲四阶微分方程中的土反力,得到一个四阶变系数非齐次非线性常微分方程;然后根据支护桩位于基坑底面上、下所处受力状态的差异和桩顶的初值条件,采用泰勒级数解法求出支护桩任意深度处的挠度解析解;再根据桩体的挠度计算出桩周土体的位移量,并得到桩周土反力的计算式;由此便可计算桩身任意深度以及该深度截面上任意点处的受力情况,使得问题的求解更简捷。最后还给出了计算实例来验证所采用的方法以及所推导出的公式的正确性。

基坑工程桩锚支护结构受力性能数值分析

目前桩锚支护结构常用于基坑工程中,但其受力分析并不完善,结合实际工程案例,应用FLAC3D软件分析桩锚支护结构中锚杆和支护桩的受力,模拟基坑开挖过程中位移、沉降、坑底回弹及支护桩受力情况,可为今后类似工程提供借鉴。

渔寮隧道围岩内部位移与支护结构受力分析

基于风化节理岩层中渔寮隧道的实测围岩应力,围岩变形以及支护结构受力等数据,结合解析公式计算以及数值模拟的结果,从围岩松动圈半径,支护结构变形与受力评价了围岩稳定性与支护效果。结果表明:渔寮隧道出口段围岩条件较好,最大围岩内部变形达7.71mm,推测拱顶松动围圈岩厚度半径达3.1m,拱腰、拱肩处松动圈围岩厚度大于4.0m,锚杆轴力的分析反映出围岩松动范围内的锚杆受力较大;支护结构受力特征分析表明因隧道拱顶、仰拱处围岩变形较大而传递给支护结构的附加荷载导致其受力增加;数值计算结果显示不同工序打设的锚杆变形存在明显区别。基于围岩变形规律与支护结构受力分析结果,提出了相应的施工措施与支护结构优化意见。

超大断面隧道工法转换段支护结构受力特性分析及安全性评价

超大断面隧道钻爆法施工时,采用单一的开挖方法很难满足隧道安全、快速、经济施工的要求。目前国内外大断面隧道钻爆开挖工法转换这方面的理论研究及工程经验的相关文献较少,不同开挖工法之间的转换具有很大的主观性与经验性,选择不当或转换不及时很容易造成施工进度缓慢、工期延误,严重时甚至会导致隧道发生塌方事故,因此,开展高速公路隧道钻爆开挖工法转换技术具有重要的工程应用价值。文章使用FLAC3D有限差分软件建立双侧壁导坑法向三台阶七步开挖法模型,通过分析两种工法及转换段隧道支护结构内力、安全系数等评判指标,成功实现两种工法的转换,为超大断面隧道施工提供相关借鉴价值和科学依据。

浅埋超大跨四线高铁隧道施工期初期支护体系的力学特性

以设计时速350 km、开挖跨度26.3 m的杭绍台高铁下北山2号浅埋超大跨隧道为依托,综合数值模拟和现场监测,研究Ⅴ级围岩在双侧壁导坑法开挖下的初期支护体系力学特性,推导出考虑导坑掌子面三维开挖影响的围岩压力计算方法。结果表明:初支喷射混凝土是主要承载构件,最大轴力为−6311.5 kN,此时下台阶受力范围仅为上台阶的15%~50%;拱部、墙脚的锚杆受力很小,拱腰锚杆对抑制围岩变形有一定效果,但锚杆设计有较大优化空间;分步施工过程中掌子面三维开挖影响效应明显,中导坑上台阶开挖对支护结构受力和围岩压力的影响最大,中导坑中、下台阶开挖后临时支护喷射混凝土受力趋于0,可视为拆撑导致的初支受力调整已开始,若此工况前初支受力已稳定,则提前拆撑是安全的;相比现行计算方法中基于平面应变假定和全断面法开挖的计算值,本文方法得到的监测断面围岩压力计算值与实测值最吻合。计算浅埋超大跨隧道围岩压力应考虑分步施工产生的掌子面三维开挖影响效应。

骑采巷道矿压显现规律与支护体受力规律研究

通过巷道表面位移观测、顶板离层观测等矿压观测手段,对动压底板巷道围岩显现规律进行研究,分析该类巷道矿压活动规律,得到上工作面回采对底板巷道影响规律,为合理确定巷道加固时间与采取更加合理的支护参数提出了依据。

厚煤层小煤柱巷道采掘交锋前后支护体受力研究

以晋华宫矿12-3#层5107巷为研究对象,利用FLAC3D软件模拟研究了厚煤层在留设小煤柱时采掘交锋前后支护体受力的变化情况,结果表明：采掘交锋前,左帮1#、2#锚杆轴力43.73kN和38.25kN,顶板锚索轴力达到71.33kN,为两帮锚杆的1.6∽1.9倍,约为顶板锚杆的4.5倍,锚索的安装承担了顶板下部不稳定岩层的绝大部分自重;采掘交锋后,左、右两帮中部锚杆轴力分别为60.7kN和62.5kN,顶板完整＂岩梁＂的存在使岩体内部相对位移变化较为均匀,不同位置锚杆（索）受力变化较小;采掘交锋影响前后煤帮中部锚杆轴力的反比量值为1.4左右,均大于其它部位锚杆（索）轴力的增加比例,同时,鉴于锚杆自身的承载力,在实际施工中适当增加了煤帮锚杆用量,有效地保持了5107巷的稳定性。

某特大桥锚碇深基坑开挖支护结构力学分析

某特大桥为大跨径悬索桥,锚碇基坑大且深。其东岸锚碇周围环境十分复杂,西侧为湖泊水域,东侧为居民区且存在高边坡,基坑位于受力不均的条件下施工开挖,结构安全风险较大;施工场地狭小,存在取土难,安全控制难等问题。基坑开挖过程中,须保证基坑支护结构的稳定性,确保施工安全,且不对锚碇基坑周围环境产生不良影响,为此,必须采取相应施工计算,以达到施工安全的目的。

超大断面隧道断层破碎带地区围岩受力变形监测分析

断层破碎带属于隧道地区典型的不良地带,其对隧道安全施工及运维影响重大。本文针对断层破碎带隧道围岩变形问题,以G45吉康高速公路晓沅隧道穿越断层破碎带工程为研究对象。通过采用现场监测手段,对隧道穿越F7c及F8c区域断层围岩变形以及支护受力进行分析。同时,对围岩位移、初支与二衬接触压力变化曲线分析,并将结果反馈到施工过程中。研究结论可为类似工程地质条件下超大断面隧道设计与施工提供借鉴与参考。