基于安全系数的挤压性围岩隧道围岩稳定性研究

从挤压性围岩概念出发,采用抗剪强度表达的围岩安全系数法评价围岩稳定性,推导了用应力偏张量表示的围岩安全系数表达式,通过FLAC3D二次开发,实现围岩安全系数的数值表达.探讨了变形等级和断面形状对围岩稳定性的影响规律,并研究了注浆加固对围岩稳定性的影响规律.研究结果显示,与塑性区评价方法相比,围岩安全系数法可以实现任何位置的围岩破坏程度定量评价;围岩破坏边界呈蝴蝶形分布;隧道断面面积越大,围岩破坏范围越大;隧道越接近圆形,围岩相对破坏范围越小,圆形为最优断面形状;超前注浆加固对围岩稳定性的改善效果优于径向注浆加固.研究结果为挤压性围岩隧道结构设计和施工变形控制提供参考。

软弱围岩浅埋大断面公路隧道支护结构参数比选

以乐汉高速为工程背景,借助有限元软件MIDAS分别构建地层结构模型和荷载结构模型,研究不同支护参数下隧道围岩变形及结构受力特征,结合结构安全系数,比选出隧道最为合理的支护体系。研究结果表明,不同初支厚度下结构受力均呈现边墙>拱腰>拱顶的分布规律,围岩变形呈现仰拱>拱顶>拱腰>边墙的分布规律,随着初支厚度的增加,结构受力及围岩变形均逐渐降低,但跌幅较小,在15 cm厚初喷C25支护下结构受力及围岩变形均满足工程要求。对于软岩浅埋公路隧道,结构安全系数最小值位于隧道拱顶,且随衬砌厚度增加而逐渐提高,采用45 cm,55 cm,65 cm厚C30钢筋混凝土结构安全系数及裂隙宽度均满足规范要求,为了节省经济,减少工程投资,二衬可选择45 cm厚C30钢筋混凝土。

隧道掌子面岩体完整性系数快捷测试布置方法研究

为满足隧道施工期间掌子面围岩完整性快捷判定的需要,文章分析了岩块(体)波速现场快捷测试布置的原则,结合国内主流规范标准,采用对比法剖析了岩体结构面间距的划分标准,采用数学分析法研究了岩体完整性与结构面间距的量化关系。基于此,文章首次提出了岩块波速与岩体波速测试应遵守的声波对穿距离的控制标准Dr和Dm,并对测区、测点的布置方法及接收换能器系统进行了设计。结果表明,该测试方法在满足对整个掌子面和不同产状结构面全局把控的前提下,实现了测试快捷的目的。

基于岩体电性参数的深埋隧道围岩完整性判识方法

隧道围岩分级是隧道勘察设计中必不可少的参数,以往工作中主要靠浅层地震折射法取得岩体纵波速度,依据纵波速度评价围岩质量,但针对深埋隧道,目前无法直接获取隧道洞身附近岩体纵波速度,使得围岩等级的划分缺少依据。由于探测深度大,电磁测深法在隧道地质勘察中已成为主要方法,通过研究分析岩体电阻率与岩体完整性相关关系,提出了一种新的表征岩体完整性的参数—岩体完整性系数Kr,通过钻孔综合测井数据,对比分析该参数岩体完整性评价效果,最后采用该方法对地坪隧道进行围岩分级,与实际开挖情况较吻合,研究结果表明:基于电阻率计算而得的岩体完整性系数Kr可以作为评价深埋隧道岩体完整程度量化指标。

声波测试法在隧道围岩完整性判别中的应用

采用声波探测技术对围岩的地质情况进行测试和评价,能较为真实地掌握围岩的完整性特征,为支护参数的设计提供依据。文章结合工程实例,介绍声波探测法的原理与方法,工程开挖结果表明,实际围岩状况与声波测试结果基本吻合,声波探测起到了超前地质预报的作用,可供类似工程参考。

隧道围岩稳定分析的最小安全系数法

关于岩体稳定评判准则至今尚未达到成熟的阶段,从稳定的定义至量化的标准等一系列基本问题尚未形成明确的体系。目前主要利用塑性区或位移扰动区来判断围岩的稳定范围。根据弹性理论,借助工程中安全系数的概念,利用Mohr-Coulomb和Drucker-Prager强度准则,建立基于单元的安全系数法,通过FLAC3D中的FISH语言实现了其求解过程。通过求解围岩稳定的安全系数,建立了评价围岩稳定的量化指标,给出了围岩稳定的安全范围,为锚固支护提供合理的支护参数。

功效系数法在隧道围岩失稳风险预警中的应用

为了对隧道围岩危险性做出准确判断,以便于现场及时采取相应工程措施,预防围岩失稳灾害的发生,将功效系数法应用于隧道围岩的稳定性评价中,对围岩失稳风险进行预警。选取岩石的单轴饱和抗压强度Rc、岩石质量指标RQD、岩体完整性系数Kv、结构面强度系数Kf、地下水作用指标、洞轴线与主要结构面的夹角θ作为评价指标,采用专家评估法确定各指标的权重系数,建立隧道围岩失稳风险预警模型。根据总功效系数的大小,将围岩失稳险情划分为巨警、重警、中警、轻警和无警5个警限。然后,运用所建预警模型对浙江省诸永高速公路西华岭隧道围岩危险性进行判断。研究结果表明:运用功效系数法对围岩危险性进行警情预测,比较符合实际,且简单易行,不失为隧道围岩稳定性评价和失稳风险预警的一种新方法,具有较高的工程应用价值。

爆破地震波作用下隧道围岩动应力集中系数分析

将爆破地震波进行合理近似简化,采用波函数展开法,推导了无限岩石介质中爆破地震波作用下隧道围岩动应力集中系数的表达式,结合具体算例,从理论上定量分析了围岩不同位置上爆破地震波主频和围岩物理力学指标对动应力集中系数的影响。分析结果表明:隧道围岩迎爆侧的动应力集中系数整体上大于背爆侧,动应力集中系数峰值偏向于迎爆侧;在不同主频爆破地震波作用下,动应力集中系数的影响存在最大值;隧道围岩的弹性模量对动应力集中系数的影响较大,而泊松比对动应力集中系数的影响较小。

基于SMP准则的衬砌隧道围岩抗力系数的计算

按照荷载-结构法思想,合理地考虑围岩与衬砌共同承载由于开挖而引起的二次应力作用,对于提高围岩抗力系数具有重要的作用。文章基于SMP(Spatially Mobilized Plane)屈服准则,推导出围岩抗力系数的计算公式,可以很好地考虑中间主应力的影响。通过改变隧道围岩物理力学性质中的内摩擦角φ和黏聚力c值,与Mohr-coulomb强度准则下的围岩抗力系数计算值进行了对比。研究结果表明,考虑中间主应力的影响可以很好地提高隧道围岩的抗力系数。从而基于黏性材料的SMP准则计算具有衬砌隧道的围岩抗力系数具有较强的工程实用价值。

砂土质隧道围岩内摩擦系数的试验研究

砂土的内摩擦系数tanφ与砂土质围岩稳定性有直接的关系。从影响砂土质围岩坑道稳定性因素及围岩稳定性分级的角度出发,探讨了与砂土质隧道围岩稳定性相关的内摩擦系数tanφ的影响因素,发现砂土的细粒(d<0.075mm)含量对其有较显著的影响,二者呈负相关;砂土相对密实度rD并非完全是越大而内摩擦系数tanφ也越大,还与细粒含量及软硬状态有关;采用细粒含水率而不是砂土含水率的方法来评定潮湿砂土的tanφ的影响是较为合理的方法,并总结了细粒含水率对tanφ的影响规律。

高速铁路隧道围岩抗力系数现场试验与理论研究

以沪昆高速铁路隧道为依托,通过现场径向液压枕试验,测量各级压力下半径向变形,获取了隧道研究点处岩石抗力系数实测值。在实测数据的基础上,结合国内外相关的弹性抗力本构模型,建立了沪昆高速铁路隧道围岩抗力系数的5种理论计算模型:理想弹塑性模型、爆破裂缝弹塑性模型、塑性软化岩体模型、Lade-Duncan准则模型、统一强度理论模型,并有针对性的将所研究的20座隧道进行分类,分别计算其围岩抗力系数理论计算值。为了弥补现场试验点数目的限制,对所研究的隧道展开了数值模拟分析。通过对不同的埋深、围岩级别、地质特征下岩石抗力系数现场试验值、理论计算值、数值模拟值和规范值进行对比和综合,提出了高速铁路大断面隧道的围岩抗力系数推荐值,该推荐值突破了普通铁路隧道规范中关于抗力系数建议值仅限于弹性模型的限制,为优化隧道结构设计,充分利用围岩的自承能力提供了理论依据。

基于Mohr-Coulomb准则点安全系数的隧道围岩稳定分析

针对隧道围岩支护系统的稳定性、可靠性、安全性评价问题,基于Mohr-Coulomb准则,采用FLAC3D自带Fish语言,编制了相应Mohr-Coulomb准则点安全系数程序,并结合实例评判围岩稳定性。结果表明,自编程序计算的安全系数小于1的区域与FLAC3D软件计算的塑性区分布范围基本吻合,验证了该法合理有效、简便、易被工程界所接受,并通过求解围岩稳定的安全系数建立评价指标,为锚杆和衬砌支护提供合理的支护参数。

寒区隧道围岩导温系数反分析

根据实测隧道围岩温度 ,采用一维热传导模型、古典显式差分格式和最小二乘法 ,对一寒区隧道围岩(强风化花岗岩 )

岩体完整性系数确定及应用中的几个问题探讨

岩体完整性系数是一个与岩体质量和强度有关的地质参数,用于岩体完整程度划分、工程岩体质量分级等方面。然而不同的规范在岩体完整性系数的确定和应用等方面存在分歧。本文分析了岩体波速测试方法、岩体风化状态对岩体完整性系数的影响以及岩体体积节理数与岩体完整性系数的关系,并对岩体完整性系数应用中存在的问题进行了探讨。确定岩体完整性系数时,若岩块与岩体弹性波速的测试方法不同,应进行修正。所测试的岩块与岩体应处于相同的风化状态。采用岩体体积节理数确定岩体完整性系数时应考虑岩体中结构面的张开宽度和充填情况。应注意区分规范中围岩工程地质分类与岩爆判别中的围岩强度应力比的不同地质含义。

考虑蠕变影响的隧道围岩抗力系数计算方法

基于Winkler局部变形理论,将高速铁路隧道围岩划分为能够考虑蠕变效应的3个有限环模型。在应力应变全过程曲线的基础上,采用伯格斯(Burgers)蠕变力学模型模拟黏弹性区的蠕变变形,推导考虑围岩蠕变效应的围岩抗力系数公式。为研究红砂岩隧道衬砌设计的围岩抗力特性,以沪昆(上海—昆明)高速铁路特大断面隧道即店塘边隧道红砂岩段为工程依托,分别计算该段围岩有无考虑蠕变效应的抗力系数。研究结果表明:考虑红砂岩的蠕变效应后,围岩抗力系数有所降低;当红砂岩段围岩软弱破碎、出现塑性流动变形时,围岩抗力系数并不为0 MPa/m,围岩仍具有分担荷载的能力。这可对隧道衬砌设计提供参考。

地震作用下无衬砌黄土隧道围岩结构安全系数的计算探讨

为了得到无衬砌黄土隧道围岩结构在地震作用下的安全系数,借助有限元软件ANSYS,首先采用水平地震作用下的动力分析模型进行模态分析,得到质量阻尼系数和刚度阻尼系数;其次,输入地震波进行动力时程分析,得到模型顶点的最大水平位移;最后,采用静力分析模型,并考虑自重和左右边界上顶点水平位移最大时的侧向边界节点水平位移,通过不断折减围岩土体的抗剪强度参数,即黏聚力c和内摩擦角?,直到计算不收敛为止,从而得到无衬砌黄土隧道在地震作用下的安全系数。数值算例表明:所采用的方法是可行的,地震作用会使得围岩结构的安全系数降低,从而为以后黄土隧道围岩结构在地震作用下安全系数的计算及其工程应用提供了理论依据。

海底隧道围岩抗力系数计算方法研究

针对厦门海底隧道地质条件复杂多变的特点,利用有限环模型结合多种本构关系提出了7种围岩抗力系数K的计算方法,并且通过计算给出了合理的围岩抗力系数取值范围,同时对各计算模型在实际工程中的运用条件作了评价。研究结果表明:采用多种方法、综合考虑多种因素可以减少仅仅通过查阅规范和依靠设计者经验来确定围岩抗力系数的主观误差。

寒区隧道围岩导温系数及其冻深分析

本文根据一寒区强风化花岗岩隧道实测围岩温度 ,采用一维热传导模型、古典显式差分格式和最小二乘法 ,对该隧道围岩导温系数进行了反分析。用解析方法和数值计算法分析了影响隧道围岩冻深的主要因素 ,所得结论有一定的工程实用价值。

考虑蠕变效应的软岩特大断面隧道围岩抗力系数计算

根据软岩具有蠕变时效的特点,考虑岩体应力-应变全过程曲线,基于鲍格斯(Burgers)蠕变力学模型,推导出了考虑蠕变效应及初始地应力的隧道抗力系数计算公式。以沪昆高速铁路特大断面软岩隧道——明山隧道为工程依托,通过现场水压致裂试验获取隧道初始地应力以及室内岩石试验,获取围岩物理力学参数,代入该公式得到了明山隧道的围岩抗力系数。研究结果表明:该公式能够可靠的运用于具有蠕变效应的软岩隧道衬砌支护设计计算中;当围岩出现塑性流动变形时,围岩仍具有与衬砌共同承载的能力,这一研究结果对隧道衬砌设计具有十分重要的实际指导意义。

基于Z-P屈服准则隧道围岩稳定性的单元安全系数法分析

传统围岩稳定性的失稳判别方法只能用于判别围岩是否发生破坏,但无法定量反映围岩破坏的程度。文章引入工程中安全系数的概念,基于Z-P屈服准则以及广义冯·米赛斯屈服准则形式的统一表达式,通过理论分析,推导了在三维弹塑性有限元基础上考虑岩体损伤特性的单元安全系数表达式,建立了隧道围岩稳定评价的量化指标;并结合工程实例建立了隧道开挖模型,进行了数值模拟。计算结果表明:越靠近隧道开挖面,岩体损伤程度越大,安全系数越小,岩体的破坏程度也就越大;同时单元安全系数小于1的范围与计算得到的围岩塑性破坏区范围以及围岩发生损伤的区域大致相同,从而验证了所推导的Z-P屈服准则下单元安全系数计算公式的正确性。