降雨入渗下膨胀性黄土隧道围岩破坏演化

应用FISH语言改进FLAC^(3D)软件的非饱和渗流计算功能,同时等效模拟渗流过程中土体强度折减和膨胀力增加的力学特性,提出降雨入渗下膨胀性黄土隧道围岩大变形破坏数值演化分析方法.依托某膨胀性黄土隧道工程实例,将隧道围岩变形及力学特性现场测试与计算结果比较,验证了该数值方法的适用性.结果表明:降雨持续作用下隧道围岩位移随含水率呈台阶形增长,分析得出了位移出现极大值时对应的含水率,在膨胀土隧道工程实践中可以此作为安全施工的一项监控指标;降雨持续作用60 h,隧道边墙正弯矩明显增大,初期支护向内挤出变形严重,围岩体剪切应变发育显著,且地表山体边坡发育出大面积塑性贯通区,数值分析有效揭示了隧道洞内塌方及地表山坡滑塌破坏机理.研究成果可对膨胀性黄土隧道围岩稳定性分析和变形控制提供一定的指导.

降雨条件下膨胀性黄土隧道支护结构破坏特征

为了揭示膨胀性黄土隧道在降雨作用下围岩与支护破坏机理,采用有限元软件对膨胀性黄土地层中的静游隧道开挖进行数值模拟。结果显示:由于降雨,隧道拱顶上方塑性区贯通并产生较大位移,隧道上部坡体产生大面积塑性区并发生滑移;隧道支护结构破坏位置与实际情况一致,且由于膨胀力的作用隧道偏压更明显,应力大的一侧支护结构破坏更显著。因此需要对围岩进行加固,尤其是在应力较大的一侧应加强初期支护的强度。

膨胀性黄土隧道洞口稳定性的可靠度分析

针对山西太原小河沟膨胀性黄土隧道塌方事故,采用毕肖普法对隧道洞口仰坡塌方原因进行了分析。结合收敛约束法与蒙特卡洛法,提出了一种新的隧道可靠度分析方法,进一步分析了隧道洞口仰坡塌方原因及隧道稳定性。结果表明:隧道洞口仰坡塌方原因是仰坡滑塌推倒隧道支护,而非隧道支护承载力不足;隧道可靠度与膨胀力呈线性关系,随着膨胀力的增大,隧道失稳风险增加。

膨胀性黄土隧道钢拱架–格栅联合支护力学特性研究

为了研究膨胀性黄土隧道围岩与支护结构作用机制,解决膨胀力作用下的隧道支护难题,利用弹性薄壳理论建立了联合支护的力学分析模型,引入等效截面法和膨胀力参数得到了改进的围岩–支护特征曲线。基于上述模型和方法,对该黄土隧道初期支护的力学特性进行分析,提出适用于膨胀性黄土隧道的"格栅拱架+钢拱架+喷射混凝土"联合支护方式。结果表明:所建立的模型和方法对膨胀围岩条件下初期支护的力学特性分析具有较好的适用性,从理论角度解释该隧道原始初期支护发生破坏的原因;与"钢拱架+喷射混凝土"和"格栅+喷射混凝土"支护方式相比,提出的联合支护方式在膨胀性黄土隧道中更具优势,充分发挥了不同材料的承载特性,保证了隧道的稳定性。

浅埋偏压膨胀土隧道大管棚预加固效果分析

针对小河沟膨胀性黄土铁路隧道浅埋偏压段大管棚施工工艺,分析了大管棚的受力状态和对围岩的加固效果。利用快速拉格朗日限差分软件FLAC3D模拟隧道管棚施工,得到各工况下管棚与管棚注浆壳体的受力变形情况和掌子面前方围岩变形位移,将所得结果与无管棚支护时的围岩变形位移比较,分析研究管棚预支护效果。试验分析表明,管棚有效抑制了掌子面前方软弱围岩的塑性流动,增强了围岩稳定性。