突变理论及其在隧道失稳中的应用

对突变理论的基本原理进行介绍,重点分析尖点突变模型及特性,并对了用突变理论解决岩石力学的方法进行探讨,通过实例进一步说明突变理论在隧道失稳中的应用。

高地应力硬脆性围岩隧道失稳机理及处置措施

为探究高地应力硬脆性裂隙围岩区隧道失稳及结构破坏机理,并提出系统的处置措施,笔者通过对在建米仓山隧道进行现场调查,分析了高地应力破碎围岩区隧道开挖引发的围岩失稳破坏的特点,并结合特定的地质条件,利用能量理论对隧道施工过程进行数值模拟,分析模拟结果得到:米仓山隧道掌子面失稳主要原因是高地应力引起的能量超过岩体的最大承受能力,而岩体破碎是导致支护破坏的直接因素。基于此,文中提出了以下处置措施:(1)降低隧道围岩体内的能量;(2)采用"短进尺、弱爆破"的方式掘进;(3)初期支护结构采用双重支护,并加强监控量测;(4)将径向锚杆更换成兼起应力释放、锚杆、注浆填充作用的径向小导管。

深埋隧道围岩突变失稳风险预测

利用突变理论,基于现场拱顶下沉实测资料,建立了隧道开挖围岩失稳的尖点突变模型,导出了失稳的力学判据条件。结合工程实例进行预测,预测结果与现场施工情况一致。所提出的预测模型,可为预防深部隧道失稳破坏、采取合理施工措施提供参考依据。

开挖面失稳导致地下结构变形破坏的离心模拟

城市密集地下工程结构群下进行地下空间开发遭遇复杂地质环境时,可能会导致隧道开挖面失稳从而对既有结构的安全造成巨大威胁。开展了三个离心模型试验,模拟均质粉土地基和有黏土夹层的粉土地基中多层既有地下结构,研发了模拟隧道开挖面失稳的试验技术,再现了施工扰动引发的土体破坏模式和既有结构变形破坏机理。试验表明,控制开挖面位移(0.48H,H为开挖面高度)或者开挖面附近存在黏土夹层时,其附近形成的土拱有效地控制破坏区域,显著降低既有隧道的变形和应变,最终竖向变形为0.3~0.35 m,最大拉应变为850微应变;如果开挖面位移增大至0.86H,均质粉土地基出现整体失稳,既有隧道的最终竖向变形0.48 m,最大拉应变达到1900微应变。

砂层隧道开挖面失稳对侧邻既有框架结构的影响

通过设计小尺寸模型试验,探究在不同埋深、不同施工方法下砂层中新建隧道开挖面失稳对侧邻既有框架结构的影响。结果表明:隧道开挖面发生失稳时,在开挖面前方地层中产生的松动区先呈半个心形,然后沿竖向和横向扩展,逐渐呈上宽下窄的喇叭形,此时地表产生沉降;不同埋深、不同施工方法下开挖面前方土压力均先迅速减小,然后小幅上下波动,最后趋于稳定;隧道埋深和施工方法对地表最大沉降影响很大,地表沉降随隧道埋深增加而减少,采用中隔壁法施工时地表沉降仅为全断面法的17.7%;隧道开挖面失稳会导致既有框架结构产生纵向弯矩,随隧道埋深增加,结构中更多位置出现纵向弯矩;既有结构内力随失稳程度增加而增大,靠隧道侧既有框架结构受影响更大。

复杂地形地质条件下隧道稳定性分析

复杂地形、地质条件下,常由于开挖引起隧道失稳,威胁工程安全,该文以实际工程为依托,利用Midas有限元计算软件,采用强度折减法通过计算隧道开挖过程中坡体塑性区贯通,得到坡体稳定安全系数;采用摩尔库伦理论,计算隧道支护结构安全系数。综合坡体稳定和结构安全系数,得出依托工程在设计的开挖方法和支护结构参数下的安全性,为类似工程的设计和施工提供借鉴。

隧道洞口滑坡体风险分析

以某滑坡体边缘隧道洞口失稳风险评估为例,介绍一种具有实际意义的隧道风险评估方法:首先采用层次分析法对风险事件中的风险源进行重要性排序,然后结合数值模拟、模糊综合评价法确定风险事件的风险等级。基于此,提出进一步的风险控制措施,以保证风险评估的可靠性。