黄土隧洞支护结构设计方法探讨

采用ANSYS软件,对宝兰铁路二线码头隧道的双层模筑复合式衬砌试验断面进行建模分析,应用有限元强度折减法,求得隧洞的围岩的安全系数,应用有限元法按土体与结构共同作用原理求衬砌的安全系数。黄土隧洞设计须满足的两个要求:初步建议初期支护后土体围岩的安全系数不小于1.15～1.2,初期支护安全系数不小于1.3;二次支护后衬砌结构的安全系数大于2.0～2.4,确保工程施工与运行安全。对求得的围岩和衬砌安全系数进行评价分析,形成黄土隧洞支护结构设计的定量方法。

黄土隧洞安全系数初探

通过分析黄土破坏机理及形式，借鉴有限元强度折减法的思想，探索性提出黄土隧洞剪切与拉裂安全系数的定义及计算方法。文章先采用FLAC^3D分析软件，模拟无衬砌黄土隧洞开挖，计算稳定安全系数。不断降低土体的抗剪切强度参数C—tanφ，使黄土隧洞达到极限破坏状态，此时的折减系数即为剪切安全系数。不断降低土体的抗拉强度参数，黄土隧洞内临空面上（不包括底部临空面）出现第一个拉裂破坏单元时，表明黄土隧洞发生拉裂破坏，定义拉裂安全系数为实际抗拉强度与破坏时折减抗拉强度的比值。采用ANSYS分析软件，模拟跨度较大黄土隧洞开挖，根据不同支护方式：老式支护和复合支护，分别计算围岩和衬砌安全系数，比较支护前后安全系数变化。提出了黄土隧洞的稳定必须同时满足两个要求：初期支护后土体围岩的安全系数不小于1．15～1．2；根据规范要求二次支护后衬砌结构的安全系数大于2．0～2．4，以确保隧洞在施工与运行过程中的工程安全。

采用ANSYS软件讨论无衬砌黄土隧洞安全系数

通过分析黄土隧洞的破坏机理,借鉴有限元强度折减法的思想,在黄土隧洞稳定性分析中提出剪切安全系数与拉裂安全系数的概念。通过不断折减土体的抗剪强度参数,使黄土隧洞围岩塑性区不断扩展,直至塑性应变或位移发生突变时,即表明隧洞发生剪切破坏,此时的折减系数即为剪切安全系数。通过不断折减土体的抗拉强度参数,使黄土隧洞内临空面处(不包括底部临空面)围岩出现第一个单元拉裂破坏时,即表明隧洞发生拉裂破坏,此时的折减系数即为拉裂安全系数。为了保证黄土隧洞的整体安全性,在隧洞设计中必须给出上述两种不同的设计安全系数值。

静力无衬砌黄土隧洞稳定性探讨

强度折减法和具有拉和剪破坏分析功能的大型有限差分程序FLAC相结合,并将其引入到静力隧洞的稳定性分析中。首先对黄土无衬砌隧洞静力破坏机制进行了数值分析,在此基础上进行了一个简单的隧洞静力模型试验,数值分析结果在静力模型试验中得到了验证,同时说明FLAC强度折减法能够用于隧洞静力稳定分析,进而计算得到隧洞静力稳定安全系数。为下一步黄土隧道的地震反应分析和有衬砌黄土隧道动力稳定性分析奠定了基础,也为隧道修建和运营期间的稳定性提供了依据。

黄土隧洞变形及稳定性分析

以黄土隧洞的应力变形及稳定性分析为研究目标,首先基于考虑黏聚力c值的SMP准则,对原UH模型进行改进,建立了考虑c值的UH模型,使得UH模型能够用于隧洞开挖等问题的分析;然后应用半隐式回映算法对应力进行更新,采用Newton-Raphson算法进行非线性问题的解答,编制了考虑c值UH模型的有限元程序,并将初始超固结比OCR作为参数引入到有限元程序中;进而对一无衬砌黄土隧洞进行了三维有限元分析,比较分析了应用原UH模型、考虑c值的UH模型和Mohr-Coulomb模型计算得到隧洞周围土体的位移。说明了应用考虑c值的UH模型进行隧洞计算分析的合理性,得出了隧洞周围土体的位移变化规律,并应用考虑c值的UH模型研究了隧洞周围土体的应力应变规律,而且应用有限元强度折减法,对隧洞的安全稳定性进行了分析,研究了超固结比与安全稳定性的关系。

浅埋黄土隧洞施工过程数值模拟

【目的】针对浅埋黄土隧洞顶覆土薄,自稳能力差,特别是开挖初期变形增长较快,极易产生坍塌的特征,利用有限元方法模拟隧洞不同施工工序的施工过程,通过比较得出较为合理的施工工序,以指导工程施工。【方法】结合某工程输水隧洞具体施工问题,利用有限元分析计算软件ADINA,建立该隧洞的施工过程数值模拟模型,对上行法和下行法2种开挖过程进行数值模拟,分析2种施工过程中硐室周围土体所产生的应力、应变、屈服区以及位移等。【结果】通过对隧洞施工工序的模拟分析,得到上行法开挖时的拱脚压应力是下行法开挖时的1.5倍,对于拱顶位移和塑性区范围,上行法开挖均大于下行法。【结论】虽然该黄土隧洞埋深较浅,断面较大,采用人工分层开挖,下行法和上行法2种工序均是稳定的,但下行法优于上行法。

地震作用下无衬砌直墙式黄土隧洞的围岩稳定性分析

为了得到无衬砌直墙式黄土隧洞在地震作用下的剪切破坏规律,根据动力和静力分析模型,应用抗剪强度折减法和ANSYS软件,分别对小跨度无衬砌黄土隧洞进行重力分析和地震作用下的动力响应分析,得到了无衬砌黄土隧洞的围岩抗剪强度安全系数,讨论了无衬砌黄土隧洞的跨度、覆土厚度和地震烈度对围岩抗剪强度安全系数的影响。研究结果表明:从黄土围岩材料剪切破坏的角度来看,在7、8及9度的黄土地区修建的小跨度浅埋无衬砌隧洞,其抗剪强度安全系数均大于2.0。

富水黄土隧洞加固方式对其力学响应的影响

依托某富水黄土隧洞,应用有限元分析软件对常水位作用不同工况下洞周围岩渗流场和位移场进行了模拟,对开挖过程中不同加固方式对洞周围岩的响应(渗流场、应力场和位移场)进行了研究。结果表明:洞周加固体的渗透性能对围岩的渗流路径、孔隙水压力和流速都有较大影响,对隧洞周围土体位移也有影响。在进行富水黄土隧洞注浆加固材料设计时,既要考虑材料的阻水效果,同时还要考虑加固体阻水后导致的土体孔隙水增加引起的土体抗剪强度的降低效应。

黄土隧洞与建筑物连体结构有限元分析

对黄土隧洞与建筑物连体结构（以下简称连体结构）应用有限元方法进行了空间和平面静力分析，探讨了连体结构计算方法．分析过程中选用了不同的计算模型，经过大量的计算与分析比较，提出了一种反映实际受力特性的可供结构设计采用的平面分析模型，具有重要的现实意义和社会意义．

引洮供水总干渠增湿黄土隧洞的动力特性分析

为了得到增湿后黄土围岩隧洞在地震作用下的动力特性,基于初始弹性模量和抗剪强度指标与含水量的关系,采用时程分析法,对增湿情况下的黄土围岩-隧洞结构进行地震动力分析.数值计算结果表明:随着含水量的增加,隧洞衬砌各部位主应力绝对值减小,自振圆频率减小,自振周期相应增大;与输入的地震加速度峰值相比,当黄土隧洞围岩含水量小于临界含水量时,隧洞顶部加速度峰值大于输入地震加速度峰值,大于临界含水量时则出现相反的结果;同一含水量下,隧洞衬砌对称部位最大、最小主应力交替出现,使隧洞衬砌材料发生疲劳损伤,是隧洞衬砌破坏的主要原因.本文研究结果可以为在不同含水量情况下黄土围岩-隧洞结构的抗震分析提供参考.

黄土隧洞突水涌泥及塌方冒顶处理方案比选——以引洮供水一期工程总干渠15~#隧洞为例

引洮供水一期工程总干渠15#隧洞长4704.64m,高泉平支洞围岩由可塑～硬塑状的重粉质壤土和粉质黏土组成,属极不稳定的Ⅴ级围岩,根据此次塌方的严重性及波及范围,提出了几种处理方案,通过对其进行技术、安全、经济和施工可行性几个方面比较,确定了注浆加固方案。

某黄土隧洞分部开挖方法研究

采用三维弹塑性有限元方法,对采用环形开挖预留核心土法、正台阶先拱后墙法和台阶分部法等不同分部开挖方式下某黄土隧洞及其支护结构的变形和应力特征进行了分析,比较了不同开挖方式的优劣。建议在土质较差地段采用环形开挖预留核心土法,土质较好地段采用正台阶先拱后墙法。用正台阶先拱后墙法施工需加强初期支护。

黄土隧洞穿越故河床段超前支护技术

引洮供水一期工程总干渠15#隧洞长4 704.64m,其中苟家曲河道为地表古河床,隧道经过该处沟道宽约100m,该段施工时正值雨季,地表河内水量约0.30m3/s,隧道上游3km以外地势较开阔,汇水面积大,流至距隧道1.50km处水量明显减小,可见地表水给地下补给较大,根据地质勘探描述,为防止隧洞掘进时塌方冒顶,提出了穿越该段古河床超前支护技术方案,通过采用管棚结合R32N迈式超前锚杆支护并注浆加固方案。有效的防止了黄土隧洞穿越不良地质洞段时发生坍塌冒顶的可能性。

引洮黄土隧洞施工技术思考

通过总结新奥法在引洮黄土隧洞工程中的应用,阐述了黄土隧洞在施工中应该把握的原则和注意的问题。

浅谈全封闭钢拱架在黄土隧洞中的应用

在引水隧洞开挖支护施工中,通过对钢拱架初期支护的具体实践,论述了钢拱架支护的施工技术。通过对支护断面的后续变形观测,论证了钢拱架的支护效果,为以后的黄土隧洞的施工积累了经验。

武川段黄土隧洞防水水泥砂浆抹面施工方法

针对引大入秦工程黑武分干渠武川段黄土隧洞多,洞身长,地质条件复杂以及遇水湿陷的特点,为确保洞室的安全运行,介绍了黄土隧洞防水水泥砂浆抹面的施工工艺、施工方法以及施工过程中采取的质量控制措施。

水平定向钻在饱水黄土隧洞施工中应用

文章着重阐述了饱水黄土隧洞顶管法施工中采用水平定向钻辅助施工原理、技术参数确定、施工程序,以及施工注意事项和实际应用等,通过施工全过程控制,有效地解决了隧洞饱水黄土流泥、变形失稳,以及坍塌与塌方等严重不良工程地质问题,顺利通过饱水黄土洞段,达到预期效果,可为类似隧洞工程施工提供借鉴及成功经验。

黄土隧洞开挖支护施工技术浅探

本文对黄土隧洞开挖中的施工技术进行了描述,并结合工程施工实例,阐述了黄土隧洞在开挖、支护、特殊地质情况的处理、洞内排水、施工观测等问题,可为同类工程提供借鉴。

湿陷性黄土隧洞主洞与支洞交叉口施工技术

结合引洮工程总干渠5#隧洞工程施工实例,介绍了湿陷性黄土隧洞平支洞与主洞相交时交叉口加固施工技术。

降雨作用下黄土引水隧洞安全性分析

以某引水隧洞为工程背景,基于试验得到的黄土含水量与抗剪强度的关系,借鉴有限元强度折减法的思想,通过数值模拟方法得到降雨作用下隧洞不同时间的安全系数。通过不断设置不同时间(不同含水量)土体的抗剪强度参数,使黄土隧洞围岩塑性区不断扩展,直至塑性应变或位移发生突变时,即表明隧洞发生剪切破坏,此时即为降雨作用下剪切破坏临界时间。尝试找到一种降雨后隧道安全系数变化预测的方法。