隧洞破坏机理及深浅埋分界标准

通过模型试验与数值分析方法将隧洞破裂面与稳定性引入到定量分析,采用有限元强度折减法,求得围岩破裂面的位置及围岩的稳定安全系数.研究表明,浅埋拱形隧洞破坏来自拱顶,深埋隧洞来自侧壁.通过从浅埋到深埋的数值分析,研究隧洞从浅埋到深埋的破坏过程.结果表明:对于矩形隧洞,当埋深小时逐渐形成浅埋压力拱,当到达某一埋深时,浅埋压力拱消失,同时深埋压力拱(普氏压力拱)出现,可以确定深、浅埋的分界线,当埋深增大至某一深度时,破坏从拱顶转向侧壁;对于拱形隧洞,当埋深小时出现浅埋压力拱,但不出现深埋压力拱,当达到一定埋深后,破坏从拱顶转向侧壁,可以确定深、浅埋的分界线.深、浅埋的分界线主要取决于洞跨与洞形,与围岩强度关系不大,浅埋时围岩可以是稳定的.

大断面深浅埋黄土隧道围岩压力试验研究

研究目的：针对郑州至西安客运专线黄土隧道设计中存在的问题,开展大断面黄土隧道深浅埋分界、深浅埋围岩压力计算研究,提出大断面黄土隧道深浅埋分界高度;确定深浅埋黄土隧道围岩压力计算方法;明确深浅埋黄土隧道二次衬砌厚度的设计原则,指导郑州至西安客运专线黄土隧道的设计与施工,并为类似大断面黄土隧道工程的设计提供技术支持。研究结论：通过对大断面深浅埋黄土隧道围岩压力的试验研究,提出了郑州至西安客运专线大断面黄土隧道深浅埋分界高度、围岩压力计算方法和二次衬砌厚度的设计原则。郑州至西安客运专线黄土隧道深浅埋分界高度应为40~60 m;浅埋黄土隧道荷载按谢家烋公式计算,深埋黄土隧道荷载按太沙基理论计算;不同埋深黄土隧道二次衬砌宜采用相同厚度。

松散岩体竖向压力计算方法剖析及隧洞深浅埋划分方法研究

松散岩体中洞室衬砌结构设计时围岩压力的计算主要根据土体理论建立起来的松散介质理论公式,但目前规范中并未明确规定松散岩体对应的围岩等级,使得公式在现有围岩分级下应用计算结果出现负值;同时现有公式应用中的一个重要问题——深浅埋的划分仍无定论,造成在应用上的混乱。以城门洞型洞室为分析对象,将现有计算方法分为浅埋洞室计算法与深埋洞室计算法,针对各公式建立时的不同假定,得出浅埋洞室下几种计算方法的差异在于受力分析方法、抗剪强度理论的应用及两侧楔形体对土柱侧压力的求解方法,进一步分析得出在现有围岩分级下应用太沙基法、谢家烋法及比尔鲍曼法时竖向荷载不出现负值的基本洞型条件。综合分析现有的深浅埋划分方法的优缺点,提出介于普氏法与比尔鲍曼法之间的深浅埋划分界限,以洞跨为基准,考虑岩体力学参数的影响,建立全面考虑洞型影响的埋深修正系数拟合公式。

黄土地层浅埋暗挖隧道松散围岩压力计算

为研究黄土地层浅埋暗挖隧道松散围岩压力特征,根据既有隧道施工现场裂缝扩展情况,假定隧道开挖后的土体存在破裂区,取一半破裂区土体进行静力极限平衡分析,考虑静止土压力、侧向土压力、隧道尺寸和土层参数对半结构的影响,推导出适用于黄土地层浅埋暗挖隧道的围岩压力解析式,确定该公式下的隧道深浅埋划分界限,并结合工程实例分析隧道埋深、静止土压力系数和侧压力系数对围岩压力的影响。研究结果表明:随隧道埋深增大,围岩压力存在峰值,围岩压力曲线呈先增大后减小的趋势;围岩压力随静止土压力系数和侧压力系数的增大而减小,但静止土压力系数对围岩压力的影响较大;将新方法得到的围岩压力值分别与现场实测值和既有理论围岩压力值进行对比,计算的垂直、侧向围岩压力值均大于实测值,且新方法的计算误差相对较小。

考虑渗流影响的深埋隧道围岩-衬砌相互作用研究

山岭地区深埋隧道经常处于高水压工况,渗流对于隧道围岩及衬砌结构安全有较大影响。基于Mohr-Coulomb准则,推导在渗流力作用下围岩和衬砌结构相互作用的弹塑性解析解,得到围岩塑性区半径、围岩应力、位移以及衬砌径向变形等与支护反力间的解析关系。进一步地,引入围岩收敛曲线(GRC)和支护特性曲线(SCC),分析隧道围岩和衬砌的非线性力学特性,采用收敛约束法求得洞周径向位移。依托牛和岭隧道深埋段工程,验证本文基于Mohr-Coulomb准则的理论解析方法的准确性,并针对富水山区隧道支护反力、塑性半径和洞周径向位移关系进行参数分析。研究结果表明:1)增加支护反力可以有效地限制塑性区的发展和洞周的径向位移,初始阶段限制效果明显,后续增加支护反力的效果逐渐减小;2)围岩塑性半径和洞周径向位移随渗流水压力的增大呈非线性增长;3)塑性区半径不变,低渗透性衬砌可以减小所需的支护反力以及洞周的径向位移。

基于D-P准则有压圆形衬砌隧洞弹塑性解

随着大型水利工程的建设,出现了大量的深埋水工压力隧洞。由于深埋有压隧洞在施工和运营不同工况条件下,隧道衬砌和围岩主应力会发生变化。文章基于D-P屈服准则,在平面应变条件下推导了深埋有压衬砌圆形隧洞第一主应力分别为径向应力和切向应力时隧洞的弹塑性解。研究结果表明:该理论模型计算值与M-C准则计算值基本吻合,验证了该模型的正确性,且较M-C准则计算结果偏于安全;在不同地应力水平与内水压力工况下,衬砌与围岩的塑性区半径发生变化;随着内水压力的增大,塑性区分布可分为5个阶段,且在高水压阶段水压力增大对衬砌屈服半径的发展较为迅速。

冰水堆积物隧道松动土压力计算方法修正及应用

由于冰水堆积物独特的力学性质,一般隧洞压力计算公式不能满足冰水堆积物隧洞压力的计算。针对这一情况,通过理论分析推导出侧压力系数,然后利用数值模拟方法对不同埋深下的应力分布特征进行对比,并对土拱效应进行讨论,进而推导出适用于冰水堆积物隧洞压力计算的太沙基松动土压力公式,最后对修正前、后太沙基公式以及铁路隧道设计规范公式进行对比。结果表明:冰水堆积体采用铁路隧道设计规范中的方法会造成隧洞压力计算值偏高,修正后的太沙基松动土压力能较好地反映冰水堆积物隧洞的实际压力。研究成果可为冰水堆积体隧道工程的松动土压力计算提供参考。

基于土质隧道的深浅埋界定范围研究

基于有限元软件ABAQUS进行隧道开挖过程的三维数值分析,从应力、应变的角度出发,对土体隧道深浅埋的界定范围进行了研究,研究结果表明:隧道施工过程中,拱顶C点的位移值最大,并且随着埋深的增加而具有不断增大的趋势;当隧道埋深增加到某一临界状态以上时,拱顶C点位移不再随着埋深的增加而显著变化,而是趋于一个定值;隧道的应力释放规律和其竖向位移规律相同,隧道拱顶C点的竖向应力随着隧道埋深的增大,应力变化曲线也趋于平缓,且C点的竖向应力与太沙基理论计算值较为吻合。在此基础上,结合理论分析的手段确定隧道深浅埋的界限埋深值,并运用现行规范和太沙基理论对此界限埋深值进行了进一步的验证。

岩质隧道深浅埋划分方法及判别标准探讨

传统的深埋与浅埋隧道划分方法以普氏压力拱理论为基础,由于普氏理论的局限性,这种划分方法不尽合理。鉴于此,文章将有限元极限分析法应用于隧道深浅埋划分中,提出了隧道深浅埋划分的三条原则。对于Ⅳ级、Ⅴ级围岩的岩质隧道,根据隧道的破坏模式划分深埋与浅埋,破裂面贯通至地表即为浅埋隧道,破裂面没有贯通至地表即为深埋隧道,并利用有限元强度折减法求出浅埋隧道压力拱高度,以此作为深浅埋分界线;对于围岩等级高的岩质隧道,以无衬砌隧道稳定安全系数来划分深浅埋,安全系数大于等于1.5时为深埋隧道,安全系数小于1.5时还要根据破坏模式进行深浅埋判断。此外,深浅埋隧道划分还应考虑环境、施工、地质构造、不稳定块体等因素的影响,由此可能造成围岩整体塌落,形成松散压力。最后,文章建议对于深埋隧道可按弹塑性数值分析计算,而对浅埋隧道除按弹塑性数值分析外,还需按浅埋松散荷载依据荷载-结构模式分析,以确保安全。

隧道工程设计施工中荷载与相应的支护参数浅析

从浅埋隧道衬砌荷载计算入手来剖析其荷载计算的"本质",进而找出其与超浅埋、深埋隧道荷载计算之间的关联,由此比较分析了超浅埋、浅埋与深埋隧道三者的支护参数。鉴于目前浅埋与超浅埋隧道设计、深埋隧道设计及同一断面不同围岩分级的隧道工程设计中存在的一些问题,提出了一些有益的分项建议。

水土计算原则及浅埋结构土压力计算理论分析

基于现有规范、理论和工程经验,对地下结构中的水土计算原则和浅深埋界限的确定方法进行了归纳分析,给出了浅埋地下结构竖向土压力计算的3种理论,即土柱理论、比尔鲍曼理论和谢家理论,并对三个理论在规范计算方法中的应用进行了深入讨论,系统给出了浅埋地下结构土层压力计算方法。

古交电厂燃料运输工程破碎带支护实践

西山煤电燃煤地下输送线路工程,大巷埋深较浅段围岩为泥质灰岩及黄土冲积层,且涌水量达90 m3/h,巷道涌出大量泥石流并出现大面积坍塌,修改设计支护形式,改变施工方案、工艺,顺利通过并取得了质量好、速度快的效果。

考虑劣化效应与支护时机的深埋软岩隧道变形分析

深埋软岩隧道的围岩变形与其自身参数劣化、流变特性及支护结构施作时机等密切相关.借助建立的深埋软岩圆形隧道复合式衬砌力学模型,在考虑塑性区围岩强度参数(黏聚力、内摩擦角)和刚度参数(弹性模量)的劣化效应后,基于统一强度准则得到了复合式衬砌支护结构各个支护阶段的围岩黏弹塑性解析式.研究结果表明:适当考虑中间主应力及围岩强度参数、刚度参数的劣化效应后,得到的变形量与深埋软岩隧道围岩的实际变形量吻合效果更好;残余黏聚力、残余内摩擦角、残余弹性模量对围岩瞬时变形、后期蠕变变形、二次衬砌支护抗力影响均较大,而且取值越小时围岩变形量与所需二次衬砌支护抗力越大;增加锚杆长度、缩小锚杆间距、增大初支厚度能有效控制围岩瞬时变形和后期蠕变变形;二次衬砌的施作时机对围岩后期蠕变变形影响较大,围岩瞬时变形结束后尽快施作二次衬砌可以有效控制围岩后期蠕变变形.

黄土洞室稳定条件及深浅埋计算方法研究

在分析黄土洞室开挖过程中顶部和侧墙破坏机制的基础上,将洞室顶部土体假定为自重应力场与梁构件附加应力场叠加的模型,以洞顶不出现拉应力为破坏准则,推导出了洞室顶部土体保持稳定的条件。在此基础上提出了黄土洞室深埋和浅埋分界线的计算公式,得到的结论与目前黄土设计规范推荐的经验公式吻合。将洞室侧壁假定为边坡模型,采用普氏围岩压力理论计算出传到侧墙顶部的荷载,利用楔形体极限平衡理论,推导出了洞室侧墙保持稳定的条件,为黄土洞室侧墙稳定的判断提供了理论依据。