隧道锚与隧道上下毗邻协同施工力学行为分析

为确定隧道锚与隧道上下毗邻协同施工最佳的施工工况,依托翁开高速四坪隧道工程,利用数字模拟手段对围岩竖向位移、塑性状态和初支内力进行分析,对比分析了三种不同工况下的围岩位移、塑性状态和初支内力的情况。结果表明:采用先施工主隧道再施工隧道锚,围岩的竖向位移最大;当采用先施工隧道锚再施工主隧道时,围岩的竖向位移最小还能有效减小塑性区范围,随着土体黏聚力的增大总体位移值和塑性区范围减小;上、中台阶支护连接部位内力较大,因此,应适当采取初支加强措施,保证在施工阶段支护的稳定性。

大型地下洞室塑性松动区围岩变形破坏特征及测试估算方法研究

塑性松动区的形成与扩展是地下工程围岩稳定的关注热点。结合弹塑性理论、工程物探和监测资料,探讨了大型地下洞室塑性区围岩的应力状态和变形破坏特征,并提出了基于多点位移计监测结果的塑性松动区估算方法。研究结果表明,多点位移计变形量沿孔深的分布主要累积于塑性区,可应用孔深-位移曲线估算围岩塑性松动区界限点的深度及位移量,估算结果与弹塑性理论计算结果基本一致,说明本研究具有一定的参考价值。

钢拱架应力反分析隧道初期支护力学性能的研究

适时分析软弱破碎围岩段衬砌结构的内力状态是隧道动态施工中的关键性问题之一,对判断隧道施工安全状态和评价支护结构稳定性具有重要意义。考虑钢拱架已作为软弱围岩段公路隧道初期支护的重要形式,现通过分析隧道施工现场钢拱架支护的自身特点和受力特性,建立含有钢拱架和喷射混凝土的隧道复合初期支护的地基曲梁力学模型。然后运用地基曲梁相关理论,通过现场监测的钢拱架应力推求出隧道复合初期支护内力解析式,从而迅速得到隧道支护结构的应力集中部位。最后,经由台阶法施工的隧道工程实例运用表明,基于实测钢拱架应力求解隧道初期支护内力的解析研究是分析软弱破碎围岩段隧道支护力学性能的一种新方式,并能及时有效地为隧道现场施工安全提供直观、可靠的力学依据和技术支持。

糯扎渡水电站调压井围岩力学参数反演与反馈分析

针对糯扎渡水电站调压井工程区的特点,建立三维仿真模型,根据实测位移分析、BP神经网络和最小残差原理,反演出工程区各岩层弹性模量,并将反演参数导入模型进行三维弹塑性反馈计算.实测位移分析表明,调压井拱顶位移随着开挖方量的增大而增大,最大位移发生在1号调压井与连通上室连接处,最大值1.68 mm;反演得到的各岩层弹性模量分别为:微新层24.11 GPa,弱风化上层10.13GPa,弱风化下层3.16GPa,强风化层0.20GPa,断层0.62GPa,最小位移残差为16.82 mm2;监测和计算的位移、位移增量变化趋势基本一致,说明反演参数可靠;因实际开挖瞬间卸荷,计算位移比监测位移一般要大,最大计算位移为3.22mm;洞室开挖后围岩变形主要朝临空面方向,围岩变形较小,围岩较稳定.

岩体剪胀对巷道围岩塑性区位移的影响分析

为研究巷道围岩塑性区的力学性质,考虑岩体剪胀特性及巷道塑性区的弹性变形,采用H-B准则和非关联的流动准则对圆形巷道进行理论分析,通过在弹塑性交界处的应力连续条件,得到了塑性区半径和位移的H-B新解;结合算例分析了剪胀特性对围岩塑性区位移的影响,并与M-C准则解作对比。分析结果表明:岩体剪胀系数越小,M-C与H-B准则计算出的塑性区位移吻合度越好;随着剪胀系数的增大,吻合度下降,围岩塑性区的位移也会增大,在弹塑性交界处,文中H-B准则解在不同剪胀系数条件下塑性区位移相等,而M-C准则解不等,理论上证明了本文解的准确性。

非等压下考虑渗流和剪胀的圆巷围岩弹塑性统一解

对于富水地层中深埋圆形巷道,为研究多种因素影响下巷道围岩塑性区范围和洞周位移的变化规律,对巷道围岩进行了弹塑性理论分析。对围岩应力场和渗流场进行耦合分析,基于统一强度理论和非关联流动法则,推导出多种因素影响下深埋圆形巷道围岩应力、位移和塑性区半径的解析计算式。结合工程实例进行计算分析,结果表明:中间主应力参数、围岩侧压系数、初始孔隙水压和剪胀角对围岩塑性区径向位移和塑性区范围均有显著影响,但影响规律各不相同;考虑中间主应力作用时,其他各因素的影响效应减弱。综合考虑以上各因素对围岩稳定性的影响,计算结果更加接近工程实际情况。

隧道开挖围岩变形监测与初始地应力场反分析

隧道施工的安全预警问题,备受工程界关注。在湖北省谷(城)竹(溪)高速公路珠藏洞隧道施工过程中,基于现场监测数据的指数函数回归模型,采用位移反分析法对隧道工程区域的岩体地应力场进行了反分析。根据反分析成果对隧道施工进行了模拟,确定了工程区地应力场的分布特征。其分析成果与周边隧道的应力测试结果吻合较好,为工程的安全施工、监测断面的布置、围岩稳定性评价、二次衬砌施作时间的确定提供了依据。

公路隧道围岩松动圈的测定研究

为了研究公路隧道围岩松动圈的分布范围,以西施坡隧道地质资料和施工方案为基础,运用弹塑性理论计算和FLAC3D数值模拟相结合的方法分析公路隧道围岩松动圈的分布范围,并与围岩深部位移量测结果比对,得出西施坡隧道IV级围岩松动圈范围在2.0~3.0 m。分析结果表明,运用弹塑性理论计算、数值模拟分析、围岩内部位移量测相结合的方法可较为准确的测定圆形断面隧道围岩松动圈分布规律,并为公路隧道支护参数的选取提供较好的理论依据。

考虑σ_(2)及围岩—支护结构相互作用的隧道力学模型

目前的隧道力学模型未能同时考虑中间主应力σ_(2)及围岩—支护结构相互作用对围岩塑性区等隧道力学特性的影响。为此,首先采用岩石统一强度理论替代目前常用的Mohr-Coulomb(M-C)强度准则以考虑σ_(2)对隧道围岩塑性区的影响。其次,针对Kastner方法未能很好地考虑支护前隧道围岩初始弹性位移及围岩—支护结构相互作用的不足,在其基础上,结合圆形隧道实际施工特点,提出了能够同时考虑σ_(2)、隧道围岩初始弹性位移及围岩—支护结构相互作用的圆形隧道力学模型。最后,通过算例研究了σ_(2)、隧道围岩初始弹性位移、原始地应力、支护结构刚度和岩石内摩擦角等对围岩塑性区、隧道洞壁位移和支护力的影响规律。研究结果表明:σ_(2)的影响不可忽略;一定的隧道围岩初始弹性位移可以减少支护应力,但会导致围岩塑性区和隧道洞壁位移的增加;支护结构刚度的增加可以有效减小围岩塑性区及隧道洞壁位移,但会增加支护结构应力;初始地应力的增加将增大围岩塑性区、隧道洞壁位移及支护结构应力;随着岩石内摩擦角的增加,围岩塑性区、隧道洞壁位移及支护结构应力均减小。最后,通过工程实例对模型的合理性进行了验证。

隧道洞壁剪应力分布特征及影响因素分析

以隧道围岩位移为参量,推导出仅由围岩变形而产生的隧道洞壁剪应力计算公式。根据隧道洞壁剪应力计算公式可知,影响隧道洞壁剪应力分布的因素有隧道洞壁的部位、围岩弹性模量、隧道半径、锚杆间距、初始地应力因素。本文详细分析了隧道洞壁剪应力的分布特征以及这5个因素对隧道洞壁剪应力分布的影响程度,为隧道的支护设计提供了参考。

圆形洞室四层层状围岩位移弹性分析

以圆形洞室四层层状岩石围岩为研究对象,建立了弹性分析模型,推导了围岩应力区内的位移解。根据弹性力学中的平面应变理论,不考虑围岩的塑性变形,利用已知的应力方程、物理方程、几何方程,通过逐步分层而得到位移解。

位移联图反分析法在雪峰山隧道的应用

初始地应力、围岩弹性模量是在岩体工程设计中2个重要参数,采用位移联图反分析法,结合雪峰山隧道具体的施工和监测数据,建立有限元模型对这两个参数进行反分析。在反分析的过程中,对量测的隧道周边变形数据进行了处理,采用适当的方法,考虑了隧道变形的时间效应、空间效应。

轴对称条件下圆形洞室支护结构体系的弹性解答误区

基于弹性力学基本理论,分别从两种途径推导出轴对称条件下圆形洞室支护结构体系中围岩与衬砌的应力及位移的解析表达式,分析了两种解析表达式的差异原因,给出了正确的解析表达式.

非均匀应力场下圆形隧道围岩塑性区研究

为研究支护结构对非均匀应力场下圆形隧道的力学特性尤其是围岩塑性区的影响,采用理论分析的方法对已有模型仅能单独考虑原位非均匀应力场或支护结构对隧道围岩塑性区影响的不足展开研究,提出了一种考虑实际施工过程的非均匀应力场下圆形隧道围岩塑性区计算新方法,该方法能够很好地考虑围岩与支护结构的相互作用机理。利用该方法重点研究了隧道围岩初始位移及支护结构刚度对隧道围岩塑性区的影响,结果表明:(1)随着围岩初始位移的增加,围岩塑性区将呈现非线性增加,而当其增加到一定程度时,围岩塑性区增加幅度将十分显著;(2)随着支护结构刚度的增加,围岩塑性区将逐渐减小,但其减小幅度不是很大。因此在实际工程中,应选用合适的支护结构刚度以达到安全和经济的目的。

隧道围岩流变参数的粘弹性位移反演与验证

将解析反演和数值反演相结合,对试验毛洞的断面形状和所处应力场做出适当的简化,利用对应性原理求解出洞室位移的Kelvin粘弹性解,并以此去拟合试验洞不同位置处的实测位移而得到多组流变参数;分别将其作为FLAC3D数值模型蠕变模式的输入参数,得出各自对应的实际断面形状和实际应力场条件下试验洞的蠕变位移数值解。然后,利用BP神经网络,对各组流变参数和其对应的试验洞同一位置处的蠕变位移数值解进行训练,建立起两者之间的非线性关系;利用训练好的网络,依据实测蠕变位移值得出了围岩流变参数;最后,利用隧道实测位移数据对反演的流变参数进行了数值正分析验证。

厚煤层中沿空掘巷保护煤柱留设研究

程坑煤矿采用沿空掘巷方法掘进22603回风巷,通过对沿空掘巷时煤柱的稳定性进行理论分析,并运用基于扩展SMP准则的煤柱弹性区极限宽度公式计算出程坑煤矿厚煤层窄煤柱的宽度为7 m,进而通过对掘进及回采过程中沿空巷道的顶底板及两帮位移进行监测分析,发现22603回风巷围岩在掘进及回采过程中保持了较好的完整性,进而证明了在厚煤层条件下基于扩展SMP准则留设的煤柱宽度具有一定合理性。

高地应力大变形隧道初期支护稳定状态监测技术

复杂地质条件下的高地应力大变形隧道,由于初期支护位移超过现有规范的限值,因此无法直接通过常规监控量测所得初期支护位移对其稳定状态进行评判。本文提出电磁辐射监测与常规监控量测相结合,通过初期支护位移变化和电磁辐射强度反映的围岩压力变化,进行初期支护稳定性状态监测、评判的方法。该方法综合考虑了初期支护位移及其诱因的变化,可及早发现初期支护局部屈服的部位,是高地应力大变形隧道初期支护稳定状态监测的可行方法。

跨采工作面下部巷道的冲击危险性评价及防治

以亭南煤矿207工作面跨采泄水巷冲击危险性为研究对象,利用数值模拟和理论分析的方法,从围岩的应力值、变形量和弹性应变能3个方面对泄水巷的冲击危险性进行分析,并采用人工爆破的方法对泄水巷进行解危。研究结果表明:工作面在跨采泄水巷期间超前采动应力峰值维持在35MPa左右,工作面距离泄水巷10~20m时,泄水巷左右两帮围岩变形量最大值为60mm,煤体积聚的弹性应变能达到冲击所需的最小能量值108.03k J/m^3,将泄水巷评价为严重冲击危险区域,泄水巷采用人工爆破解危后,回采过程中避免了泄水巷发生冲击地压,为类似跨采巷道条件下的冲击地压防治提供相应参考。