浅埋暗挖法隧道施工过程地表沉降及洞室稳定性分析

隧道施工具有一定的危险性和复杂性,需要加强预测分析,提高技术应用效果,避免在隧道施工过程中出现沉降超限、变形垮塌等事故。论文研究了浅埋暗挖法隧道施工过程地表沉降及洞室稳定性,从作用机理、破坏特点、影响因素等方面出发,分析了地表沉降及洞室失稳发生的过程,并结合多种理论研究成果,采用合适的分析技术方法,综合评价了地表沉降和洞室围岩变形危险等级,为设计、施工、组织管理等工作提供科学决策。

基于三维弹塑性有限元的洞室稳定性参数敏感性灰关联分析

综合考虑岩体物理参数的不确定性,针对常规敏感性分析方法所存在的不足,提出基于弹塑性有限元的洞室稳定性参数敏感性灰关联分析方法,并确定点安全系数为考核指标,确定岩体弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角等强度参数为敏感性影响参数。以金沙江两家人水电站地下厂房区洞室为例,对开挖后的地下洞室典型断面点安全系数的诸多影响参数进行敏感性分析,结果表明:不同的影响参数变化对洞室稳定的点安全系数影响有差异,因洞室开挖后,拱顶或边墙处于临空状态,而拐角点受洞壁约束更大,所以洞室拐角点安全系数比临近拱顶或边墙节点要大。点安全系数的敏感度是考虑综合影响参数的结果,采用灰关联分析方法分析表明,对地下厂房洞室典型断面点安全系数影响程度最大的为黏聚力和内摩擦角,其次为弹性模量和泊松比。从而克服了单因素常规参数敏感性分析的局限性,使得影响参数对点安全系数影响的灵敏程度排序得到统一,并与数力学分析结论一致,得到很好验证,为洞室稳定性支护材料的选取提供指导作用,对黏聚力和内摩擦角的要求应更加重视。

大伙房水库输水隧洞TBM安装洞室稳定性分析

大伙房水库输水隧洞工程长度大、支洞多,断面形式和围岩类别复杂。对TBM施工掘进速度、长距离掘进机可靠性以及对不良地质适应性要求高,TBM洞内安装(拆卸)洞室大、边墙高。为了合理设计和施工,利用平面有限元对TBM安装洞室稳定性进行了计算分析,并对其施工动态进行了三维模拟计算,所得结论可供相关工程参考。

含水软弱夹层地下洞室稳定性模型试验研究

软弱夹层是影响岩体稳定性的重要薄层,是造成工程灾害的原因之一,研究其特征具有重要工程意义。为探索软弱夹层特征对地下洞室稳定性的影响,以夹层含水状态、夹层位置和夹层厚度为因素,通过自研的杠杆式平面应力模型试验系统进行多工况对照模型试验,分析了不同工况下开挖和蠕变试验阶段洞周各测点的应力和表面收敛变形量的变化规律。试验结果表明:进行开挖时,开挖轮廓正上方测点的垂直应力下降,临近洞肩测点应力上升,离洞室越远,开挖影响越小;开挖结束后,应力呈增加趋势,动态调整幅度减小,最终趋稳;洞室开挖时,模型表面洞周各测点主要表现为竖直收敛变形,开挖贯通后,依然是竖直收敛变形为主;开挖试验阶段和蠕变试验阶段,软弱夹层特征对地下洞室稳定性的影响程度为:软弱夹层含水状态>软弱夹层位置>软弱夹层厚度。在具有软弱夹层的地下洞室工程,特别是软弱夹层含水时,应采取疏通排水等措施控制软弱夹层对地下洞室稳定性的影响。

结构面对洞室稳定性的影响

结合实例工程,诠释了地下洞室随机结构面的发育特征和结构面与洞室开挖后形成临空面的空间组合关系,搜索典型块体,分析块体组合类型,运用极限平衡理论,计算可能失稳块体的安全系数F,量化块体的失稳特征,为地下洞室支护方案提供重要的数据资料。

锚索预应力损失对洞室稳定性的影响研究

长河坝水电站地下厂房1-4#母线洞在厂房持续下挖期间均出现了多条环向裂缝,其中4#母线洞底板距下游边墙6m处裂缝宽度达到3-4 cm,同时4#母线洞底板下部1470 m高程多点位移计变形速率未收敛。现场检查发现母线洞底板下方的预应力锚索杆体在底板出露,说明母线洞底板开挖破坏了底板下方预应力锚索,导致锚索失效。利用地下厂房三维数值模型,对该部位锚索预应力损失的影响进行了研究,研究成果表明：预应力损失程度与围岩变形呈指数型关系,当预应力损失程度大于60%后围岩变形急剧增长。根据研究结果,提出了母线洞下部岩体的加强支护措施。

施工顺序对地下洞室稳定性的影响研究

一建设工程地表下12m拟建一岩石隧道,隧道正上方地面拟建35层的建筑物。采用PLAXIS和FLAC进行数值模拟对比分析,考虑先修建隧道与先修地上建筑两种工况,分别得到隧道洞顶的沉降位移、洞室周围围岩变形、拉压破坏区。两种软件的计算结果均表明先开挖隧道后修建房屋对洞室稳定性更为有利。并且发现两种软件计算模型不同,研究其围岩变形和地表变形特征适合采用PLAXIS,研究拉应力区和塑性区开展规律FLAC更适合。

浅埋暗挖法隧道施工过程地表沉降及洞室稳定性修正分析

本文通过介绍浅埋暗挖法隧道开挖过程的地表沉降机理与围岩的稳定性,提出地表沉降以及隧道稳定性的修正方法。最后通过结合实际工程,通过对比实测值,计算值和模拟值的方法得出地表沉降修正方法的正确性,通过分析洞室稳定性的修正方法得出隧道整个施工过程的安全系数。

破碎岩体洞室稳定性模糊综合评判

水利水电工程中,当水工地下洞室不得不穿越断层破碎带时,分析围岩稳定性并提出建议是进行设计工作的必要条件之一。模糊综合评判法已经被广泛应用于岩土工程中用以评判岩土体的稳定性。以渡口坝水电站引水隧洞穿越的断层破碎带实际工况为例,以模糊数学为理论基础,从围岩岩体特征、围岩岩体构造、洞室埋深、水文地质条件以及地质构造等级5个方面出发,分为2个层次,总共7个因子,建立了评判模型,确定了各因素等级标准和权重。根据最大隶属度原则,计算得到洞室开挖时的稳定性等级,用以评判其稳定性,取得了较好地效果。

江边水电站地下洞室群围岩稳定性数值分析

利用显式有限差分快速拉格朗日分析程序FLAC3D,在进行初始地应力反演的基础上,建立了四川江边水电站地下厂房洞室群的三维非线性地质力学模型。采用基于能量耗散原理的弾脆性本构模型,对设计开挖和支护方案进行了全过程模拟分析,得到了施工过程中洞室群围岩的位移、应力和塑性区分布特点,并与现场监测情况进行比对,根据分析结果提出了加强监测的位置、加强支护的部位,并建议主厂房下游边墙和主变洞上游边墙之间区域采用预应力锚索进行重点加强,最后对支护系统和建议的合理性进行评价,对地下洞室群的设计和施工起到了一定的指导作用。

大连地下石油储备库洞室群围岩稳定性及渗流场分析

为分析水封式大连地下石油储备库洞室群围岩稳定性及渗流场特征,首先基于现场地应力实测结果的回归分析,利用Fish语言编写函数,反演初始地应力场。其次,采用三维离散元程序3DEC生成三维节理网络模型,反演库区初始渗流场的各向异性特征。最后,利用应力与渗流耦合模块实施开挖仿真计算,获取围岩应力场、位移场变化特征。考虑平行、垂直层理面不同材料特性,基于带有抗拉的Mohr-Coulomb强度储备型点安全系数,定量评价洞室群的稳定性。借鉴国外水封效果评价标准,分别从地下水位线和垂直水力坡降2个方面,分析渗流场变化特征。研究表明:在洞室周边平行层理面点安全系数为1.02～1.25,垂直层理面点安全系数为1.95～2.00。在补水隧道及注水孔组成的人工水幕系统作用下,建设期内地下水位下降3～5 m,地下水位距洞室顶55 m。开挖洞室附近平均垂直水力坡降大于1.0,满足设计规范及密封性要求。

结合钻孔电视进行地下洞室围岩稳定性分析评价

地下洞室的稳定性是水利水电工程的关键问题之一,虽然对地下洞室稳定性的分析评价方法很多,但详细准确地分析需要详实的地质信息和边界条件,因勘察期间很难获得大量详细且准确的地质信息导致前期地下洞室稳定性分析一直是难点。采用块体稳定性赤平投影和极限平衡分析方法进行地下洞室围岩稳定性分析和评价,所需要的地质信息仅为场区优势发育结构面的产状,对于未开展勘探平洞的工程而言,此项地质信息可以通过钻孔电视来获得,能够为地下洞室围岩稳定性初步分析和评价提供依据。

地下洞室局部稳定性评价的复变函数法

利用复变函数保形变换方法，推导直壁半园拱洞室周边应力公式，判定洞室稳定性，运用该应力表达式求解，简便迅速，对实际工程有指导意义。

地应力对高放废物黏土岩地质处置库洞室群稳定性影响的数值模拟

世界上尚无建成投入使用的高放废物(指高水平放射性废物)地质处置库,世界各国的高放废物地质处置库仍是一种概念设计,总体设计思路基本是一致的,主要包括地面设施和地下设施设计两部分。目前主流的高放废物地质处置库地下设施的设计是以“井字形”巷道列阵的形式布置于地下,基于此类洞室群地下结构特征,以我国高放废物黏土岩地质处置库预选区(塔木素预选区)为工程地质背景,结合该预选区地应力场分布特征,针对比利时高放废物黏土岩地质处置库地下设施的概念设计模型,运用ABAQUS数值仿真软件对该高放废物黏土岩地质处置库洞室群主巷道洞轴线方向与最大水平主应力的夹角在0°~90°变化条件下,洞室群周围围岩位移场、应力场和塑性区的分布规律进行了数值模拟研究。结果表明:塔木素预选区受水平、垂直应力作用的影响均较显著,初步认为该预选区地应力分布特征可能具有一定的层控性;为减小地应力对高放废物黏土岩地质处置库稳定性的影响,地质处置库洞室群主巷道洞轴线方向应与地应力方向呈一定的角度;以比利时高放废物黏土岩地质处置库地下设施的概念设计为例,当地质处置库洞室群主巷道洞轴线方向与最大水平主应力夹角a为45°左右时,地质处置库洞室群的稳定性最好。我国目前尚未提出高放废物黏土岩地质处置库的概念设计模型,该研究可为我国高放废物黏土岩地质处置库的设计提供参考。

CAD真三维实体模型在地下洞室边墙稳定性评价中的应用

CAD技术日益成熟,已成为工程应用技术的业界标准。CAD技术在地质工程领域的应用多基于二次开发,通过程序计算剖面线及剖面上的各种界线,再以线、面作为基本图元成图,这样计算相对复杂,特别是作三维分析不但数据量大、计算复杂,而且三维图形展示的效果通常不佳,本文结合大型水电工程应用实践,针对以往地下厂房边墙稳定性分析中长大结构面所控制块体组合的搜索、三维图形的分析、展示中的一些不足,探讨以实体来描述地质体的一种应用方法,通过数学建模,建立研究目标的CAD真三维实体模型,不但能得到良好的三维图形展示效果,而且能直接由图获取三维数据,为地下洞室边墙的稳定性分析提供了一种有力的辅助手段。

浅谈城市人防地下工程洞室围岩的稳定性分析

城市中广泛存在的人防地下工程给城市建设带来了工程隐患,有必要加强洞室围岩稳定性评价工作。在综述常用的围岩稳定性分析方法的基础上,举例说明了有限元分析在此领域的应用。

地裂缝对洞室围岩稳定性影响的研究

以西安地铁的基本地质情况为工程背景,利用ANSYS分析软件,对穿越地裂缝处的洞室开挖进行了模拟研究,通过对比分析地裂缝处与非裂缝处围岩—支护系统的应力、应变变化情况,从而确定出地裂缝对隧道的稳定性有着决定性的影响。

湖北鹤峰太坪隧道特大溶洞发育特征及稳定性评价

宜都至来凤高速公路太平隧道施工过程中揭露出特大型干溶洞,溶洞横穿左、右两幅隧道,沿隧道走向长约139m,宽约79m,体积约4.3×105m3,给隧道施工带来极大困难,隧道运营安全亦可能存在较高风险。通过对溶洞区的现场地质调查,分析了溶洞工程地质、水文地质条件,归纳总结了溶洞发育特征。通过数值模拟方法分析了溶洞围岩稳定性,结果表明,现状条件下整体基本稳定,但长期运营条件下整体稳定性安全储备不足。在此基础上,结合地质条件探讨了溶洞演化趋势,分析其对隧道工程稳定性的影响,并提出处治建议。

基于Hoek-Brown强度准则的洞室稳定影响分析

基于非线性Hoek-Brown强度准则,引入洞室围岩稳定系数,研究分析了岩体力学参数及初始应力场对地下洞室稳定性的影响。结果表明,保持σ3不变,侧压系数k增加以及保持σ3不变,主应力差σ1-σ3增加时,洞室稳定性相应降低。Hoek-Brown强度准则中,表征岩体特征参数GSI、mi以及岩石单轴抗压强度σci量值增加,洞室稳定性亦相应增加。

软岩围岩稳定性及加固数值分析

以龙滩大型水电站工程的地下洞室结构模式为背景,用数值模拟方法研究了4种软岩在4种埋深条件下洞周围岩破坏的变化规律,同时对围岩不稳定的工况施加锚固支护,并与毛洞模拟开挖结果加以比较。