基于位移时空效应分析的隧道围岩大变形主动协同控制支护技术研究

针对川藏高原隧道围岩大变形问题,分析当前支护技术的局限性,通过引入位移时空效应分析方法,对隧道围岩大变形主动协同控制支护进行研究。结果表明,围岩变形在时空效应上呈现特定的分布特征,支护措施应充分考虑围岩变形的阶段性和差异性,分阶段施作相应支护手段,提高支护结构的协同工作能力,打造主动协同支护体系。采用本技术的隧道安全系数处于1.7安全界限内,围岩纵向收敛曲线在可控范围内,对于改善围岩周边收敛变形具有积极作用。

三心圆拱断面隧道围岩黏弹性位移解及应用

基于弹性力学的复变函数方法和弹性粘弹性对应原理,将物理平面(z平面)上三心圆拱断面隧道围岩区域映射到计算平面(ζ平面)上单位圆外域,并用2个应力函数表示围岩的应力、位移及其对应边界条件。考虑临近开挖面的空间影响效应,将其以应力释放率表示,运用幂级数解法、Laplace变换等手段给出了三心圆拱断面隧道围岩的粘弹性位移解析解,并与数值解对比验证了理论解的正确性。将该方法应用于杨林隧道,分析了围岩粘弹性变形规律,揭示了隧道开挖面推进速度、空间影响效应、侧压力系数对隧道围岩粘弹性位移的影响规律,对类似断面隧道围岩粘弹性变形分析具有普遍应用价值。

高地应力区隧道开挖围岩变形与应力研究

高地应力条件下隧道开挖时围岩变形与应力分布特点与常规认知有较大差异,给隧道设计带来巨大挑战。为此,文章采用数值分析方法,基于实际工程围岩性态特点,系统性地研究了围岩初始地应力状态与围岩等级对隧道开挖的影响。研究发现:随着围岩初始地应力的增加,围岩变形与应力快速增加,因此即使是同一种围岩,地应力上升时仍需要相应提高支护结构强度;随着围岩等级的增加,围岩变形快速增加,围岩应力稍有减小,因此支护结构选择时考虑的最重要影响因素除了围岩等级外,初始地应力状态非常重要。

超大跨度隧道围岩变形监控与分析

超大跨度公路隧道的围岩荷载分布和支护力学特性极其复杂,施工过程中各类结构安全事故频发。因此,开展超大跨度公路隧道围岩变形监控与分析的研究意义重大。本文以江西省首座单洞四车道超大断面公路隧道为工程背景,基于现场实时监测数据,对超大跨度公路隧道围岩变形和锚杆轴力施工过程中的变化规律进行分析,进一步揭示超大跨度隧道围岩的变形特性与锚杆受力特征,以期为同类超大跨度隧道的设计与施工提供借鉴。

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。

寒区隧道围岩温度场分布特征及影响因素分析

中国高纬度、高海拔地区的隧道数量越来越多,在隧道实际运营过程中发生了不同程度的冻害,给隧道结构及公共交通带来隐患,因此冻害防治刻不容缓。通过建立寒区隧道三维传热模型,对寒区隧道温度场分布规律进行研究,讨论了初始地温、围岩密度、导热系数及比热容对温度场的影响,并对其影响程度进行了比较。结果表明:洞外低温空气是引起隧道内温度场发生显著变化的主要因素,导致隧道围岩出现径向变温圈,在自然风作用下(2 m·s^(-1),-10℃),初始地温为10℃的隧道围岩变温深度达到了8 m;初始地温对运营期的隧道温度场有着直接影响,初始地温每升高5℃,运营期围岩温度增大2.5℃;隧道围岩温度与围岩比热容、密度呈正相关,但与导热系数的关系和隧道径向距离有关,径向距离小于1.3 m时,呈正相关,反之呈负相关;采用灰色关联分析法得到的隧道温度场的影响敏感性从大到小排序依次为初始地温(1)、围岩密度(0.74)、围岩导热系数(0.71)、围岩比热容(0.68),可见初始地温对温度场的影响最大。

围岩冻融劣化对季节性寒区隧道稳定性的影响研究

围岩冻融损伤会造成衬砌受到的变形压力增大,对衬砌的稳定性造成不利影响,是季节性寒区隧道工程研究的一个关键问题。通过对砂岩的冻融循环试验和压缩试验得到不同冻融次数下的砂岩应力—应变曲线,然后通过应力—应变曲线得到围岩的变形参数和强度参数,最后将岩石力学参数变化规律嵌入ABAQUS软件中对冻融循环条件下的隧道长期稳定性进行数值分析,分别得到循环冻融0、6、12、18、24次下的围岩和衬砌的应力场及位移场。结果表明:①随着冻融循环次数增加,围岩所受的最大主应力和最小主应力均呈线性减小;②衬砌所受的最大主应力、最小主应力及衬砌位移均呈指数增大;③与未经冻融的情况相比,冻融循环24次后围岩的最大主应力、最小主应力分别减小了43.69%、20.66%;④衬砌的最大主应力、最小主应力及拱顶最大沉降分别增大了13.64%、15.75%、49.36%。在进行寒区隧道支护设计时,应考虑冻融作用下围岩自稳能力衰减而导致支护结构受力增大的问题。

断层破碎带形态对隧道围岩变形影响研究

断层破碎带具有围岩破碎、强度低等特点,极易引起隧道围岩发生大变形,进而诱发工程灾害。因此,依托重庆市郊铁路璧铜线云雾山隧道工程,采用PLAXIS3D数值分析软件,建立了隧道穿越不同形态断层破碎带计算模型。计算结果表明:断层破碎带倾角和厚度对隧道围岩变形影响显著,断层走向线与隧道轴线夹角对隧道围岩变形影响较小。随着断层破碎带倾角的增大,受断层破碎带影响的范围明显缩小,隧道围岩竖向和水平位移值均逐渐减小,且当断层破碎带倾角为90°时,受断层破碎带影响的范围最小;随着断层破碎带厚度的增大,受断层破碎带影响的范围随之增大,围岩的竖向和水平位移值均逐渐增大,且当断层破碎带厚度为22 m时达到最大值。隧道正交穿越断层破碎带薄弱处时,围岩变形控制效果会更好。该研究成果可为山岭隧道穿越断层破碎带设计与施工提供一定的参考。

直墙拱形隧道围岩粘弹性位移解析解

直墙拱形隧道围岩粘弹性位移解析解薛琳（青岛建筑工程学院，２６６０３３）１引言近期，围岩粘弹性位移理论分析，在连续介质力学基础上，以新概念和新方法推导出符合五种粘弹性力学模型（Ｍａｘｗｅｌ模型，Ｋｅｌｖｉｎ模型，ＫｅｌｖｉｎＶｏｉｇｔ模型，Ｐｏｙｎ...

隧道围岩流变参数的粘弹性位移反演与验证

将解析反演和数值反演相结合,对试验毛洞的断面形状和所处应力场做出适当的简化,利用对应性原理求解出洞室位移的Kelvin粘弹性解,并以此去拟合试验洞不同位置处的实测位移而得到多组流变参数;分别将其作为FLAC3D数值模型蠕变模式的输入参数,得出各自对应的实际断面形状和实际应力场条件下试验洞的蠕变位移数值解。然后,利用BP神经网络,对各组流变参数和其对应的试验洞同一位置处的蠕变位移数值解进行训练,建立起两者之间的非线性关系;利用训练好的网络,依据实测蠕变位移值得出了围岩流变参数;最后,利用隧道实测位移数据对反演的流变参数进行了数值正分析验证。

初期支护对软岩隧道围岩稳定性和位移影响分析

软弱岩体隧道开挖后,围岩变形具有异常显著的流变性。基于Poyting-Thomoson模型,对隧道围岩位移进行了粘弹性解析分析,根据所得出的解析解,结合渝(重庆)沙(长沙)高速公路石龙隧道位移监控量测实践,对初期支护后隧道围岩变形特征量进行了分析对比,结果表明,理论曲线能较好地反映围岩实际位移变化特征。最后通过将支护前后围岩受力状态与单轴和三轴应力状态岩石蠕变进行类比,得知初期支护在一定程度上减小了围岩的最终变形量,可以有效地抑制隧道围岩的变形速率。其结果为确定合理的二次支护时机提供了理论依据,对同类隧道的施工支护具有很好的指导意义和较高的参考价值。

隧道及地下工程围岩稳定性及可靠性分析的极限位移判别

隧道和地下空间工程的稳定性和可靠性评价的问题一直是岩土工程界关注的难点问题。针对隧道围岩-支护系统的稳定性、可靠性、安全性的问题,采用以隧道及地下工程围岩变形位移为判据的隧道及地下工程围岩稳定性分析方法,分析了隧道及地下工程围岩位移的极限状态,提出了隧道及地下工程围岩极限位移的确定方法和大变形隧道及地下工程围岩极限位移的分析方法。结合工程实例,建立了以DGM(2,1)模型和Verhulst模型为理论的隧道及地下工程围岩稳定性分析的位移预测预报方法;在此基础上,提出了隧道及地下工程围岩稳定性及可靠性位移判别准则。其研究和分析结果将有助于构建隧道及地下工程围岩稳定性分析的位移预测预报系统。

巷道围岩初始应力场和弹性模量的区间反演方法

从有限元数值计算的角度对岩土工程参数的可辨识性进行了分析。在可辨识性分析的基础上,考虑观测数据的不确定性,建立了在联合采用围岩位移和应力观测数据的同时,识别地应力和围岩弹性模量的反演模型。并采用约束变尺度方法求解该反演模型,获得地应力和弹性模量所在区间范围。

隧道围岩位移的弹塑粘性解析解

建立了一种简单的隧道围岩位移的弹塑粘性解析解，它既能反映围岩的应变软化和塑性剪胀特性，又能体现围岩的流变规律。通过对Ｋｉｅｌｄｅｒ试验隧道围岩位移的理论计算结果与实测值的比较。

浅埋隧道围岩位移及应力变化规律研究

采用有限元软件MIDAS/GTS对黄董坡隧道的开挖过程进行了数值模拟,分析了浅埋隧道的围岩变形规律和受力情况,同时结合现场监测数据,最后得出围岩位移最大值和应力最大值分别出现在拱顶部位和拱腰部位的结论,因此控制隧道拱顶沉降和缓解拱腰部位的应力集中现象是浅埋隧道施工中的重要环节,这就要求进行必要的超前支护、及时施做初期支护以及密切监测危险区域,确保施工安全。

基于BP网络的隧道围岩位移预测方法

介绍人工神经网络模型法的基本原理与步骤,探讨了隧道围岩收敛监测数据与人工神经网络间的联系,并建立了基于人工神经网络的隧道围岩收敛预报模型。以工程实例为背景,对隧道围岩的收敛变形进行预报分析。研究结果表明:BP网络预测值与实测值吻合程度很好,完全满足工程及控制的要求。

基于现场位移监测数据统计分析的隧道围岩稳定性研究

在隧道施工过程中,位移监测数据常作为现场判定围岩稳定性的最重要依据,很多时候甚至是惟一的依据。但是,在我国的隧道设计过程中,目前还没有建立基于位移的隧道围岩稳定性判别基准,主要原因是不同岩性、不同地质环境下,围岩的位移差距可能很大。此外,洞形、跨度、埋深等因素都可能会影响围岩位移的大小。不过,通过对现场的监测位移数据进行统计分析表明,在一般围岩条件下,对于同一级别的围岩,其相对位移值分布在相对较窄的范围内,而对不同级别的围岩,其相对位移值则有较为明显的差异。基于这一特性,可针对不同级别的围岩,通过现场位移监测数据进行统计分析方法建立围岩稳定性的判别基准,并作为围岩分级的基本依据。随着以新奥法和控制围岩变形为主旨思想的矿山法在高速铁路、高速公路隧道的大量应用,这种基于相对位移的围岩判别标准及分级方法将隧道设计更加符合当前的隧道施工技术水平。

隧道围岩位移的灰色优化模型预测

传统灰色GM(1,1)模型 ,多适用于等间距和低增长序列监测数据的模拟预测 ;对非等间距和高增长序列 ,一般经过等间距处理或经过复杂的变换建立非等间距模型进行预测 ,且往往产生较大的滞后误差。在时间序列 [k ,k + 1]区间上 ,用n个小区间的梯形面积代替 [k ,k + 1]区间上GM(1,1)函数曲线对应的面积 ,以优化提高背景值z( 1) (k + 1)的精度。这种以优化灰色模型背景值为基础构建的灰色优化模型 ,普遍适用于隧道围岩位移等间距或非等间距以及低、高增长监测数据序列的位移预测 ,能很好地模拟预测隧道围岩位移的Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型时序变化特征 。

软弱围岩段隧道施工过程中围岩位移的三维弹塑性数值模拟

以渝黔二期工程笔架山隧道埋深最大的软弱围岩段实体建模,应用有限元程序对其施工全过程进行三维弹塑性数值模拟,从而得出该段某一指定横断面上各点围岩沉降及水平位移随开挖过程的变化规律和数值大小。计算结果表明:对沉降和水平位移影响最大的是在指定段前后各3m的范围内,约占其总量的2/3,而上台阶开挖的影响又明显大于下台阶开挖;在掌子面未开挖之前,围岩沉降和水平位移均已完成40%左右;从横断面上看,围岩位移比较明显的区域主要集中在距洞壁3～5m处。另外,现场实际量测拱顶下沉数据和拱腰水平收敛值与计算数据的相互比较表明,两者变化规律吻合较好。

基于BP神经网络-马尔科夫链模型的隧道围岩位移预测

在隧道工程施工中,围岩位移预测起着很重要的作用。将BP神经网络-马尔科夫链模型引入到隧道围岩位移预测中来,通过对训练样本的学习,利用BP神经网络实现了对位移时间序列的滚动预测,同时得到了实测值与预测值的相对误差;在此基础上利用马尔科夫链对相对误差进行修正,有效地提高了预测结果的精度。并将该模型应用于某公路隧道拱顶下沉位移时序预测中,结果表明该模型具有精度高、科学可靠的特点,为隧道围岩变形的预测提供了新的途径。