滑坡-隧道正交体系变形特性试验研究

【目的】对于滑坡-隧道正交体系,滑坡的变形失稳是引发隧道病害的重要原因。为了研究滑坡-隧道正交体系在滑坡失稳过程中的宏观变形特性,【方法】以阳坡里隧道为研究对象,使用自主研发的牵引式滑坡分级滑动模拟试验装置设计开展了12组室内模型试验,研究了在滑坡-隧道正交体系中滑坡失稳情况下隧道埋深、隧道在滑体内的布置位置以及滑动段位置对“洞周位移指数”的影响。【结果】结果显示:滑坡发生失稳时的坡面宏观变形存在一定规律,通常表现为坡面的后缘裂缝以及次级裂缝,且坡面位移沿次级裂缝存在明显分级情况;在其他变量相同的情况下,隧道在滑坡体内部埋深越大、隧道布置位置越靠近滑坡体前缘、滑动段越靠近滑坡中段时,滑坡滑动对隧道周围0.5~1.0倍隧道直径范围内土体的位移影响越大;滑动段位置对洞周位移指数影响最大,当滑动段分别位于滑坡前段、中段和后段时,洞周位移指数分别为小于0.8、大于1.8和介于1.0~1.5之间。【结论】研究成果可为滑坡隧道的变形演化机理、滑坡诱发隧道病害的预测预报以及防治技术等研究提供参考。

香丽高速公路昌格洛滑坡-隧道工程病害三维数值分析

准确评价滑坡-隧道相互作用及稳定性,采用合理的病害防治方法,对保障公路顺利完工具有重要意义。以香丽高速公路昌格洛滑坡为例,利用现场地质调查、钻探等方法查明了滑坡成因机制以及变形特性,通过数值模拟研究了昌格洛滑坡在天然、降雨和开挖等工况下的空间应力应变特征以及稳定性变化,研究了隧道与所穿越滑坡之间的相互作用,据此提出了相应的病害防治方案。结果表明:昌格洛滑坡在自然条件下处于欠稳定状态;隧道开挖难以引起滑坡整体失稳,但会诱发滑坡局部变形,受滑坡体变形影响,穿越滑体的隧道部分将产生拉伸-剪切变形;降雨严重恶化滑坡稳定性,导致滑坡失稳,进而使穿越其中的隧道失效破坏。原选线方案面临风险巨大,最优防治方案为线路东移绕避,使隧道从滑面以下穿过。研究方法和成果可为香丽高速公路类似病害的防治提供有益借鉴。

炭质页岩滑坡-隧道体系稳定性分析与处治技术研究

炭质页岩是一种水理性极强的膨胀性岩体,遇水后其工程性质劣化较快。在该种类型岩体地区修建高速公路隧道,隧道与边坡的安全性应当作为一个体系进行论证。以在建某高速公路隧道为例,经取样获取炭质页岩工程性质,再采用有限差分软件FLAC3D进行滑坡-隧道体系稳定性分析,经锚索抗滑桩加挡墙、护坡与排水对滑坡处治及采用超前锚杆预加固衬砌结构后满足工程要求。

降雨-滑坡-隧道系统灾害演进机制研究——以重庆奉溪高速公路杨家湾隧道为例

为研究降雨条件下隧道-滑坡体系的灾变演化过程以及隧道受力响应特征,以重庆奉溪高速公路杨家湾隧道为例,通过室内模型试验,对降雨条件下隧道-滑坡体系灾害演进机制进行研究。结果表明:1)在降雨入渗作用下,坡体灾变演化过程为坡顶张拉—坡中蠕动滑移—坡脚牵引破坏;2)受地下水软化作用,土体发生蠕动变形,多余下滑力沿滑带方向向下传递,在坡脚形成较大的压应力并作用于隧道山侧;3)隧道拱顶、山侧拱腰和拱脚,特别是拱顶极易产生较大的应力集中,导致隧道拱顶产生竖向张拉裂缝;4)整个隧道模型在降雨作用下以受压力为主,越靠近隧道进口段,隧道受偏压作用越明显,山侧与河侧弯矩值相差5.1~5.5倍,两侧受力不均,形成典型偏压隧道。

隧道-滑坡体系类型和隧道变形模式研究

在山区修建公路、铁路隧道时,常遇到隧道从滑坡体内及周边穿越的现象,这些隧道会因滑坡滑动而产生变形、开裂等病害。一直以来,由于将隧道开挖与滑坡蠕动分开考虑,未能很好地解释二者的相互作用。隧道与滑坡的空间位置关系控制病害的性质和规模,是决定隧道–滑坡体系相互作用模式的主要因素。它确定隧道在滑坡体中的受力模式,而隧道受力是导致隧道变形的根本原因,因此隧道与滑动面的相对位置关系决定隧道受力机制和变形特征。根据隧道与滑动面的空间位置关系,将隧道–滑坡体系划分为平行、正交和斜交三大体系类型,结合典型工程实例对不同的体系进行更细的划分,分析各类型的受力模式和变形特征,得到隧道–滑坡体系相互作用的规律。研究表明,不同体系其受力与变形有很大差别,总体上隧道–滑坡体系的相互作用随两者距离的增加而减弱。

隧道-洞口滑坡体系受力特征及变形模式

随着我国高速铁路在西部地区的大规模建设,隧道在线路中所占的比例越来越高,洞口隧道在滑坡作用下产生的病害越来越严重。然而,我国目前在隧道-洞口滑坡体系设计中没有可供参考的受力变形模式,因此本文以隧道-洞口滑坡为研究对象,通过对云南功东高速公路中隧道-滑坡工程实例的总结及工程地质模型的建立,对滑坡推力作用下的隧道变形模式进行研究,得到如下结论:(1)将隧道-洞口滑坡分为与滑面相交和下穿滑体两种模式,与滑面相交的隧道直接受到剩余滑坡推力的作用,而下穿滑体的隧道主要承受附加荷载的影响;(2)位于滑体内隧道承受围岩压力、滑坡推力和岩土抗力的作用,可将洞口有刚性支撑的隧道-滑坡结构简化为简支梁,无刚性支撑作用下的隧道-滑坡结构简化为悬臂梁;(3)下穿滑体隧道在附加荷载的影响下,拱部承受多余的压力而受到偏压作用,拱顶形成受拉区域,出现拉张裂缝。

基于希尔伯特边际谱理论的含隧道滑坡震动破坏模式研究——以隧道正交下穿主滑方向滑体为例

为探究地震作用下含隧道滑坡体的破坏模式,以正交下穿滑体主滑方向为例进行振动台试验,通过测试得到滑坡体内不同位置的加速度时程曲线,基于希尔伯特边际谱理论,获取不同位置测点的边际谱,并提取各测点边际谱峰值和特征频率,揭示隧道正交下穿滑体滑坡的破坏模式。结果表明:1)在不同强度地震作用下,基岩内地震能量有序传递,并不出现地震损伤,滑坡体内中上部坡体和下部坡体率先出现地震能量不能完整传递,出现地震损伤。2)隧道的存在劣化了上部坡体的力学环境,使得中下部坡体内隧道顶部T16测点在低能量输入下仍出现破坏。3)隧道正交下穿滑体主滑方向的震动破坏模式表现为崩落—拉裂—滑移破坏。

基于推移式滑坡的隧道变形模式演化规律研究

研究目的:随着我国陆路交通的快速发展,山区运营隧道在滑坡作用下的病害问题日益突出,而导致隧道变形破坏的最根本原因是滑坡的作用导致隧道受力模式的改变。同时,坡体不同的变形阶段对隧道结构的受力变形模式影响较大,目前在这方面缺乏深入的研究。研究结论:(1)以隧道-滑坡平行体系为研究对象,基于推移式滑坡岩土体的变形特点揭示了隧道受力渐进破坏过程的本质是滑坡推力和岩土抗力变化的过程,初步探讨了不同演化阶段滑坡的运动特点和隧道的力学特征,以不同演化阶段的隧道受力模式为基础,建立了半无限长梁、半无限长梁-悬臂梁模型;(2)采用弹性地基梁和结构力学理论,对位于滑坡体内和滑坡体外的隧道结构变形进行耦合解析,建立不同阶段隧道受力变形模式的理论计算公式,提出相应控制截面的解析解表达式,能够实现滑坡不同演化阶段隧道受力变形的评价;(3)通过模型试验进行了对比分析验证,结果表明该理论能够对滑坡中隧道的受力变形的发展进行预测以及为滑坡地段隧道的设计、加固治理提供理论参考。

隧道-滑坡体系的研究进展和展望

在山区修建公路、铁路隧道时,常遇到隧道从滑坡体内及周边穿越的现象,这些滑坡或因隧道开挖而蠕动,而隧道因坡体滑动而产生变形、开裂等病害。研究隧道-滑坡体系的变形机理及防治技术具有重要的指导意义。自20世纪60年代以来,我国铁路和公路部门先后针对这一问题开展了科学研究和工程应用,笔者从研究历程、取得的成果、存在的问题及今后的研究方向与思路几个方面作一简要综述,希望对今后的研究和生产实践中起借鉴和指导作用。

滑坡治理工程的下托式抗滑桩-隧道组合体系

滑坡段隧道加固技术主要包括滑坡治理和隧道衬砌结构加固,且滑坡治理措施中以抗滑桩应用最为广泛。本文以襄渝线某隧道工程为依托,一方面利用FLAC^(3D)计算分析下托式抗滑桩支档结构的加固效果;另一方面通过有无支挡结构隧道开挖工况监测数据分析。结果表明:(1)下托式抗滑桩支挡结构加固作用下,隧道开挖后衬砌变形明显减小,且改善了隧道衬砌的受力状态,尤其对衬砌仰拱处的受力模式改变显著,减小仰拱的变形破坏。(2)下托式抗滑桩支挡结构对隧道以下滑体的滑移和沉降有一定的限制作用,并对隧道与滑面相交处的土体受力状态有一定的改善。(3)下托式抗滑桩加固作用下,隧道衬砌的受力状态有一定改善,尤其对隧道与滑面处变形控制有较好的效果,在一定程度上可避免隧道发生剪切变形破坏。(4)桩-隧间距对隧道衬砌、滑体地表沉降以及滑带的变形都有着不同程度的影响,但与其位置有很大关系。

隧道-滑坡平行体系时间效应演化及变形破坏试验研究

通过4组隧道-滑坡平行体系模型试验,研究在不同工况下隧道-滑坡相互作用下的时间效应和变形破坏模式。结果表明:(1)隧道-滑坡平行体系单滑面情况滑坡推力在滑体内产生一种应力临界状态,该应力临界状态是处于拉、压应力变化过渡的一种状态,有一个时间传递变化的过程,即时间效应。(2)桥隧搭接桩基础支撑结构较无支撑结构会加速应力临界过渡状态的时间效应。(3)滑坡体内的滑坡推力,最先引起滑带位置附近的土体达到应力临界过渡状态,随着时间的推移,这种临界状态逐步由滑坡体后缘向前缘移动,滑坡破坏面上的每一点的时间与应变关系均会呈现不同的"S"型曲线特征,对于整个滑体而言,滑面上每一点的时间与应变关系曲线,在不同时刻呈现不同的线型特征。(4)桥隧搭接桩基础支撑结构较无支撑结构会延缓隧道模型的破坏,使得破坏断裂面向基岩内部延伸,且作用效果显著,但隧道模型整体的破坏处于基岩内。

大准铁路南坪隧道-滑坡体系变形特征及处治技术

通过地质勘查、现场监测、理论分析等方法,对大准铁路南坪隧道-滑坡体系变形特征、成因及治理措施进行研究。结果表明:滑坡方向与隧道走向夹角87°;隧道变形主要发生在滑坡侧拱脚及边墙处,表现为边墙纵向裂缝延伸长,多见错台,拱脚错位,避车洞底板隆起;滑坡属于大型破碎岩石及黄土复合深层滑坡,平面形态具有二级滑动特征;滑坡由坡体结构、施工扰动、降雨和地下水综合作用所致。采用"刷方减载+全埋式锚索抗滑桩加固+隧道既有衬砌加固+设置仰斜排水孔及截排水沟"措施对南坪隧道-滑坡体系病害进行整治,效果良好。

上挡下托式抗滑桩组合对隧道-滑坡体系的加固机理研究

工程预加固技术主要指通过支挡结构来治理滑坡和加固隧道。采用数值模拟研究在"上挡下托式"抗滑桩预加固作用下,不同桩-隧间距对隧道-滑坡体系的影响,并分析了上挡下托式抗滑桩对隧道-滑坡体系变形控制的作用机理。研究表明:在滑坡段开挖隧道,采用上挡下托式抗滑桩为支挡结构对隧道-滑坡体系进行预加固,对控制隧道变形有着显著的效果,抗滑桩支挡结构可以改善隧道结构的受力,同时合理的桩-隧间距有益于隧道结构的安全。

隧道-滑坡平行体系轴向变形演化试验研究

研究必要性:随着我国国民经济的快速发展,许多工程尤其是隧道工程建设过程中不可避免的会遇到滑坡问题。当滑坡主滑方向与隧道轴向交角在0°~20°,则称为隧道-滑坡平行体系,一旦产生工程滑坡,对隧道结构破坏带来不堪设想的后果。目前对隧道穿越滑坡方面的理论计算还不足,本文通过隧道-滑坡平行体系模型试验,结合隧道轴向相关计算理论,研究了坡体位移及隧道轴向变形及应力分布特征。研究结果:(1)无支档结构下,单滑面隧道—滑坡平行体系上部加载坡体变形,滑体经历了蠕滑变形阶段、挤压阶段、剧滑阶段及滑后稳定阶段等四个阶段的变化。(2)沿轴向同时刻各位置的应力不同,轴向应力呈非线性分布,滑带附近轴向应力大,从滑带向滑面处轴向延伸,呈递减的趋势,且在洞口段存在拉压变形的过渡段。

山区滑坡诱发既有隧道受力变形影响分析

山区滑坡对既有隧道结构的受力变形有着重要影响。既有成果一般将滑坡体和隧道结构分开单独研究,而将两者结合起来进行研究还不多见,且多数停留在实际工程监测分析上,利用理论解析法对隧道-滑坡体相互作用的分析更是少见。首先,基于传递系数法和极限平衡法对滑坡下滑推力进行了计算;其次,将滑坡推力施加在既有隧道结构上,建立隧道-滑坡相互作用的弹性地基梁模型,采用传递矩阵法求解出隧道结构任意截面的内力和位移。在此基础上,建立三维数值模型对滑坡诱发隧道变形进行模拟,将数值分析结果与理论计算值进行对比验证,获得了较好的一致性。最后,针对滑坡推力大小、滑体内地基系数、滑床内地基系数、隧道衬砌刚度以及隧道长度等参数进行了影响分析。该研究成果可为滑坡区域既有隧道的维修加固提供一定的理论依据。

不同空间位置滑坡对隧道支护结构的作用效果数值分析

隧道线路的选址和设计应确保滑坡与隧道之间的距离足以避免滑坡对隧道的不利影响。但由于隧道所处环境的改变致使隧址区滑坡复活,进而导致隧道支护结构开裂、仰拱隆起等病害。依托某高速公路滑坡-隧道体系实体工程,采用数值模拟方法,对不同滑坡-隧道空间位置下隧道结构的受力和变形特性进行了对比分析。结果表明,滑坡-隧道体系中,隧道支护结构的变形在3D影响范围内主要受滑坡和隧道空间位置的影响。0D工况由于滑带贯穿整个隧道截面,变形最为不利。拱部变形最不利状态为左1D工况(右侧拱脚与滑带相交),仰拱变形最不利状态为右1D工况(左侧拱肩与滑带相交)。但超过3D范围后,埋深对变形效果开始显现。滑坡位置对隧道支护结构受力的影响规律与变形不同,且对轴力的影响远大于弯矩。在对类似隧道进行监测和处治时,除变形外还应对支护结构关键部位受力进行监测。且应针对滑坡和隧道的不同位置关系,选用针对性加固方案。

滑坡—隧道相互作用分析及控制对策

在长期的发展中,滑坡-隧道的问题对隧道的推进造成极大的打击,为此分析这方面的问题是十分重要的。本问题通过对其破坏特点进行分析,指出其存在的问题,并提出切实可行的发展策略。

隧道正交穿越深厚滑坡体的相互影响分析与应对措施

在我国西南山区修建公路隧道时,常常需穿越滑坡等不良地质灾害体,而其中最复杂的组合便是隧道正交穿越滑坡,这一复杂组合耦合了上覆厚度巨大的滑坡体和隧道开挖揭穿滑坡滑面两个不利条件,将会引发滑坡和隧道的强烈相互作用,从而诱发滑坡体和隧道的强烈开裂、变形。以西南山区某高速公路隧道正交穿越厚度超过60 m的老滑坡为背景,对这类隧道–滑坡体系的相互作用而引发的工程病害的机制进行了深入的分析和研究,并采用数值分析方法对坡体、隧道的应力、变形等进行了详细计算分析,同时与规范推荐的传递系数法的计算结果进行了对比分析。结果表明,数值分析方法对这种复杂体系作用下的坡体与隧道的相互影响所进行的分析更为合理,基于应力变形控制理论所确定的最终处治方案具有明显技术合理性和经济优势。目前该隧道已成功穿越滑坡体并通车,这种复杂条件下的隧道-滑坡体系的成功处治在国内外亦是非常少见的,其设计分析思路和应对措施可供今后类似工程参考和借鉴。

堆积层边坡与平行穿越隧道相互作用试验研究

为探讨堆积层边坡坡体变形挤压力对平行穿越隧道支护结构的作用规律,以实际工程为原型,通过大型室内模型试验,探讨堆积层边坡平行穿越隧道在坡体变形挤压力作用下的承载受力变形致灾机理。结果表明:变形挤压力模拟荷载在16~48 kN期间,坡面未发生明显变形,基岩与堆积层交界区域隧道拱顶出现拉应力集中,基岩与堆积层交界区域的隧道拱底受压;模拟荷载在48~64 kN期间,隧道洞口区域坡面出现裂缝,隧道拱顶向下弯曲变形,基岩与堆积层交界区域的隧道拱顶应变突变,并发生开裂;模拟荷载在64~80 kN期间,坡体表面发生局部垮塌,隧道位移发生突变,隧道受到的坡体挤压力集中于靠近基岩1/3处拱顶,隧道抵抗坡体挤压变形的能力逐渐丧失,边坡失稳。建议在隧道洞口上方坡体设置锚索进行加固,对基岩与堆积层坡体交界面附近的隧道支护结构采用衬砌加厚、套拱等措施。

滑坡内隧道变形模式与荷载计算方法

近年来,运营期铁路隧道发生病害的比例逐年提高,其中以位于滑坡体内隧道的破坏最为严重,对铁路的安全运营造成了严重的威胁,然而我国目前对位于滑体内隧道的设计还没有形成统一的认识和标准,没有完整的计算理论。本文以隧道-滑坡中隧道穿越滑体为研究对象,从运营隧道的病害特征入手,通过对工程中的具体隧道-滑坡实例进行调查、归纳、总结,建立相应的工程地质模型。然后对该类模型在围岩压力和滑坡推力作用下的受力变形情况进行分析,将上部坡体作用于隧道上的滑坡推力与围岩压力进行叠加,得出隧道在滑坡推力作用下的受力图示和荷载计算公式,从而为滑坡地段隧道的设计提供参考。