非对称连拱隧道衬砌开裂特征、机理及其对结构承载力的影响研究

非对称连拱隧道由于具有跨度大、受力复杂的特征,极易发生开裂问题。以非对称连拱隧道作为研究对象,使用ABAQUS有限元的仿真数值模拟研究方法,建立三维数值模拟模型,分别针对开裂特征与开裂机理进行分析,着重探讨开裂对非对称连拱隧道衬砌结构承载力的影响,得出以下结论:(1)考虑无空洞条件下,非对称连拱隧道结构中隔墙底部位开裂最为严重,两侧仰拱与顶拱为裂缝主要区域;考虑空洞条件下,诱发的开裂特征主要表现为环向开裂与纵向开裂,而隧道空洞附近的围岩压力分布不均是影响开裂的主要因素。(2)衬砌裂缝对非对称连拱隧道结构的衬砌弯矩的传递有着显著性的“截断效应”,裂缝数量越多,对弯矩影响越小。当裂缝位于空洞中心位置时,产生贯穿裂缝破坏;当裂缝位于空洞边界时,产生局部开裂破坏。

非对称小净距隧道近接施工对既有隧道稳定性的影响

为了研究非对称小净距隧道近接施工对既有隧道稳定性的影响,依托福州某非对称小净距隧道拓宽改造工程,运用离散元数值模拟软件,采用衬砌附加应力、围岩附加变形等指标,探究了非对称小净距隧道开挖与支护对既有隧道稳定性的影响。结果表明:新建隧道在未及时支护工况下,既有隧道在拱顶与中夹岩墙部位属于强影响区,变形量较大,易导致既有隧道二衬大面积开裂,地表边仰坡失稳;在及时支护工况下,中夹岩墙竖向监测点整体位移量为22 mm,水平位移量为10 mm,两者变形量处于合理范围;既有隧道边仰坡下沉量为30 mm,需对既有隧道边仰坡进行加固处理。新建隧道开挖导致处于稳定状态的衬砌应力发生变化,未及时支护条件下既有隧道边墙衬砌应力增加最大,会增加既有隧道失稳的风险,且中夹岩墙内多数锚杆会失效;及时支护工况下既有隧道拱顶部位增加量最大,开挖时需实时监测既有隧道拱顶部位变形量。

浅埋非对称小净距隧道围岩压力计算方法研究

小净距隧道因其相邻洞室净距小、相互干扰等特点,开挖过程中时空效应显著,其围岩压力一直是隧道设计的难点,影响着开挖方法的选择、支护衬砌参数的选用。以现行规范中小净距隧道荷载计算方法为基础,基于极限平衡理论和谢家烋公式,推导了浅埋条件下非对称小净距隧道的围岩压力计算公式,该公式综合考虑了浅埋非对称小净距隧道左右洞室的几何非对称性质,适用于任何浅埋非对称条件下的小净距隧道。经与福州市马尾隧道扩建工程的模拟结果对比分析验证,该方法能较好地解决扩建过程中形成的浅埋非对称小净距隧道围岩荷载计算的问题,可为浅埋非对称小净距隧道设计和施工提供参考。

偏压状态下非对称连拱隧道有限元分析

非对称连拱隧道是一种特殊隧道,具有几何不对称、结构不对称等复杂的力学特征。而非对衬连拱隧道的修筑不可避免要穿越偏压地形,偏压地形又会对隧道的受力状态产生较大的影响。采用有限元单元法对偏压地形条件下非对称连拱隧道进行数值模拟分析,根据大洞径隧洞和小洞径隧洞的左右位置不同的情况下围岩及衬砌结构受力变形特点,得出在偏压状态下非对称连拱隧道中的小隧道应设计在埋深大一侧的结论,为隧道的设计提供了一定的理论依据。

砂卵石地层非对称连拱隧道结构受力模型试验研究

针对砂卵石地层特性配制了围岩相似材料,利用自主研发的大型平面模型试验台架,对不同荷载条件下非对称连拱隧道的受力特性进行了深入研究,重点分析了衬砌外表面压力和结构内力的分布及变化特点,总结了隧道裂缝的发展规律和结构破坏过程。试验结果表明:非对称连拱隧道大洞衬砌外表面压力显著大于小洞,但两者分布规律相似,最大值均位于拱顶,其次为内侧拱肩,外侧拱腰处最小;左右洞室受力不对称导致隧道中墙存在明显偏压;注浆加固圈可以有效降低衬砌外表面压力,改善结构受力条件,提高结构稳定性。结构内力在加载过程中呈现出复杂变化,在裂缝产生之前,基本保持线性增长;首条裂缝出现后,结构内力重新分布,但总体上仍具有一定的承载能力;当裂缝充分发展,特别是当拱部出现裂缝后结构承载能力大幅下降。衬砌结构首先于内侧拱脚处出现纵向裂缝,随着荷载的增加,裂缝数量和宽度也逐渐增加且主要分布在靠近中墙一侧。

非对称连拱隧道不同开挖方案的比较分析

根据某高速公路非对称连拱隧道衬砌结构形式,针对地表平、地表顺倾斜和地表逆倾斜等地表倾斜情况建立了相应的有限元分析模型,选取围岩稳定性、衬砌安全性和偏压情况等反映隧道稳定性的性能指标,采用数值模拟方法综合分析了不同地表倾斜情况下不同开挖方案对隧道稳定性的影响。结果表明,地表倾斜状况显著影响非对称连拱隧道围岩和衬砌的受力和变形情况,非对称连拱隧道地表平时应采用先大洞后小洞的开挖方案,地表倾斜时必须综合考虑地表倾斜情况和大小洞的跨度差异,才能合理确定开挖方案。非对称连拱隧道隧洞开挖时,先开挖一侧的围岩应力释放会引起另一侧未开挖岩体的竖向应力增大,导致另一侧岩体开挖时释放的荷载也相应增大,使后开挖一侧隧洞的围岩位移和应力增大;开挖过程中应使左右洞的应力释放量尽量接近,降低最终拱顶沉降和拱顶围压拉应力,确保隧道围岩稳定及衬砌结构安全。

地表荷载对浅埋非对称小净距隧道的影响分析

为获得浅埋非对称小净距隧道在地表荷载作用下的地表沉降、拱顶下沉和支护应力在施工过程中的变化特征,依托重庆渝中连接隧道工程为依托,采用二维数值分析方法,分析了地表荷载位于小隧道正上方、大隧道正上方及均布于大小隧道上方3种荷载作用下,先行洞为小隧道或大隧道两个施工过程。结果表明:当小隧道采用单侧壁导坑法和大隧道采用环形开挖留核心土法施工时,地表总荷载越大,地表沉降越大,地表荷载影响最终地表沉降曲线的形态及沉降值大小;大小隧道的施工先后顺序对拱顶下沉随工序变化的规律没有影响;后行洞临近先行洞的开挖对先行洞的支护应力影响非常大。分析结果可为类似工程建设提供理论支持和科学指导。

非对称连拱隧道施工过程的三维数值模拟分析

为了研究非对称大跨度连拱隧道采用新奥法施工过程中其围岩和衬砌的力学性态变化,利用三维有限元方法,对某高速公路非对称连拱隧道新奥法施工全过程进行数值模拟研究,着重分析了围岩的变形和应力及衬砌的受力和变形,同时对中墙的偏压情况进行了讨论,不仅对研究对象的空间分布进行了分析,还讨论了它们随施工步增加而变化发展的情况。

拱顶背后空洞影响下非对称连拱隧道结构裂损规律

通过数值模拟和模型试验,研究非对称连拱隧道拱顶背后空洞对衬砌结构裂损规律的影响。研究结果表明:1)中墙墙脚外侧是非对称连拱隧道的薄弱位置,无论空洞是否存在,衬砌结构均首先于中墙墙脚外侧发生开裂;2)拱顶背后空洞的存在导致结构裂损规律更加复杂,空洞附近产生多处开裂,并呈现出明显的非对称性,无空洞侧隧道裂损情况加剧,尤其是拱顶以及拱顶与中墙连接带;3)空洞位于大洞径一侧隧道拱顶时,对两侧隧道裂损情况均有较大影响,而空洞位于小洞径一侧时,对无空洞侧隧道裂损情况影响较小;4)空洞范围越大,对非对称连拱隧道结构裂损规律影响越显著,同等荷载条件下结构的裂损程度也更加严重;5)拱顶空洞改变了衬砌表面围岩压力的分布形式,导致拱顶附近区域产生应力集中现象,与结构裂损情况密切相关。

深埋非对称连拱隧道过程荷载计算方法研究

深埋非对称连拱隧道具有几何非对称、结构形式非对称和左右荷载非对称等复杂的力学特性,其施工过程中的围岩压力演化及荷载计算尚无相应的规范和标准可循。面对目前理论研究滞后于工程实践的突出问题,基于过程荷载计算方法和普氏平衡理论的基本假设,在综合考虑了两侧洞室的非对称性和左右洞室施工过程以及后行洞开挖对先行洞松动荷载加剧影响的条件下,推导了深埋非对称连拱隧道过程荷载计算公式,对比了是否考虑施工过程两种工况对非对称连拱隧道各部分荷载的影响;最后结合具体的工程案例,从实用角度论证了所推导公式的合理性,为今后同类工程施工方案的确定和支护结构的设计和优化提供参考。

非对称超浅埋大偏压三层衬砌双连拱隧道施工方案优化

为优化双连拱隧道施工方案降低围岩沉降量,以荣乌高速公路黄土岭隧道为依托,采用岩土分析软件GTS NX模拟黄土岭隧道的施工过程,定量分析了多种复杂情况下双连拱隧道在采用不同施工方案时围岩的应变情况,说明了隧道偏压情况下先开挖偏压较大一侧洞室有利于降低隧道围岩变形量以及三层衬砌中第一次初支较第二次初支对降低围岩变形量的影响更大,得出的优化方案可为今后相关的双连拱隧道施工提供科学依据与技术指导。

非对称异性隧道结构施工对既有轨道交通的影响研究

本文结合重庆两江桥渝中连接隧道近接轨道交通六号线小什字车站2号风道竖井段(下称"2号风道竖井")的工程实例,研究分析了城市隧道对轨道交通的影响。结合施工步序,以2号风道竖井为研究对象,通过MIDAS/GTS进行三维数值模拟,分析2号风道竖井附近围岩应力分布及竖井的变形,并对2号风道竖井安全稳定性做了研究。研究结果表明该工程的修建会对轻轨6号线的2号风道竖井造成的扰动可控,轻轨交通和2号风道竖井均能保证安全,也可为类似非对称异性隧道结构的建设提供一定的依据。

非对称小净距隧道下穿军事用地最优施工时序及工艺研究

施工时序和工艺对非对称小净距隧道的围岩稳定和支护措施优化有很大的影响,不同施工时序和工艺导致的地面沉降和初期支护变形也不尽相同。通过数值分析,研究隧道不同施工时序和工艺,比较分析地面沉降和初期支护变形的差异,确定最优施工时序及工艺。

非对称深隧道中水流运动的特点

通过分析非对称隧道对螺旋桨来流和尾流受力情况的影响，说明螺旋桨来流中旋转运动产生的原因，指出螺旋桨尾流中旋转速度变化原因，在设计当中合理利用上述特点，提高推进效率。

非对称连拱隧道非对称中隔墙施工力学行为研究

为研究非对称连拱隧道中非对称中隔墙在施工过程中的力学特性,以湖南省塞子界隧道为工程背景,基于普氏平衡理论,分析了中隔墙的受力特点和偏转机制;建立MIDAS/GTS三维数值模型,模拟分析不同形式的中隔墙在施工过程中位移和应力的变化规律,对比分析了隧道施工监测数据与数值模拟数据。研究结果表明:在非对称连拱隧道(左侧大洞径隧道、右侧小洞径隧道)中,中隔墙会向大洞径隧道发生偏移,且发生逆时针偏转;以中导洞中心线对称,减小小洞径隧道侧中隔墙厚度,使小洞径隧道侧中隔墙厚度小于大洞径隧道侧中隔墙厚度时,左右隧道拱顶沉降均减少,中隔墙下墙角处竖向位移、中隔墙中心线顶点和中隔墙墙底中点水平位移均减小,中隔墙上墙角受力情况更良好,整体偏转幅度更小,稳定性更高,但非对称中隔墙整体厚度减小量应适量。

n-AlInGaN作为电子缓冲层量子势垒的GaN基LED发光效率提升研究

为减少发光量子阱区的缺陷,缓解量子阱区的应力,减小极化效应,提高量子阱结晶质量,本文将n-AlInGaN作为非对称电荷谐振隧道(CART)层即电子缓冲层中的量子势垒应用于GaN基LED中,以降低外量子效率衰减、提高发光效率。实验数据表明,在相同的正向偏压下,相对于传统的以GaN为CART量子势垒的LED,采用n-AlInGaN作为势垒层具有更大光输出功率。原子力显微镜结果显示,以n-AlInGaN为CART势垒层能有效截止底层产生的线性位错,降低量子阱区由于晶格失配造成的应力。由于极化作用的减小,及电流扩展效应,采用n-AlInGaN作为势垒层样品的外量子效率衰减减弱,器件的抗静电能力也明显增强。

小净距隧道中岩墙稳定性分析

基于围岩强度判据,建立中岩墙受力模型,提出了非对称小净距隧道中岩墙稳定性判别式,并分析了不同因素对中岩墙极限承载力的影响。结果表明:中岩墙极限承载力随隧道埋深和锚杆预应力的增大呈线性增加;对中岩墙布设锚杆时,应控制锚杆密集度,以提高承载力的作用;注浆加固对中岩墙极限承载力的提高程度与其自身内聚力的大小有关,能显著减小塑性区;采用锚杆和注浆联合加固,能降低塑性区贯通的风险,加固时,应将联合加固的范围扩大至隧道拱顶至拱底。