埋深和坡度對淺埋隧道圍巖穩(wěn)定影響的敏感性分析

基于能量的角度,采用極限分析理論中的上限定理對軟弱圍巖下淺埋隧道的穩(wěn)定性進行分析,得到了圍巖壓力的理論公式。研究表明：埋深、土體容重越大及黏聚力、內(nèi)摩擦角越小,淺埋隧道的圍巖壓力越大,破壞范圍也越大;當埋深較大、圍巖較好時,淺埋隧道由于自穩(wěn)能力有可能不會發(fā)生破壞,而對于比較差的圍巖,在施工過程中應采取更為安全可靠的支護措施,以防止發(fā)生垮塌破壞。

以石黔高速公路白水隧道為例,采用敏感性分析與數(shù)值模擬相結合的方法計算出隧道圍巖各力學參數(shù)的敏感度,確定影響隧道變形的主要力學參數(shù)。首先,基于正交試驗設計構造bp神經(jīng)網(wǎng)絡的樣本,建立待反演參數(shù)與圍巖變形的非線性映射關系,將現(xiàn)場監(jiān)控量測實測值作為輸入樣本,得到圍巖力學參數(shù)。然后,將反演得到的力學參數(shù)代入到數(shù)值模擬中,計算出隧道圍巖變形值,對比分析實測值與計算值。結果表明,兩者誤差較小,這說明該方法應用于該工程的可行性。

淺埋隧道圍巖工程是非常重要的交通構筑形式，多見于在丘陵、山區(qū)等斜坡地段，而且是鐵路建設、市政地下空間有效利用過程中不可避免的，因淺埋隧道開挖造成的圍巖應力比深埋隧道復雜。本文將對淺埋隧道穩(wěn)定性與圍巖壓力關系進行分析，并在此基礎上就如何進行施工建設，談一下自己的觀點和認識，僅供參考。

基于正交試驗設計和敏感性分析原理,探討了地表沉降對圍巖參數(shù)的敏感性,及其影響性態(tài)。結果表明:探明了變形對彈性模量最敏感,其次是摩擦角和粘聚力,而對泊松比最不敏感;地表沉降隨彈性模量、粘聚力、摩擦角的提高而減小,表明這些參數(shù)提高到一定的程度后,對減小地表最大沉降的作用越來越小;地表沉降隨泊松比的提高而變化很小。從而,在軟弱地層進行圍巖的加固措施是經(jīng)濟合理的,而在條件很好的硬巖中再進行圍巖加固則顯得不經(jīng)濟。

針對2種不同施工順序?qū)Φ叵露词覈鷰r穩(wěn)定性的影響,其一是先開挖地下隧道,后修建地面建筑,分析了隧道洞頂?shù)某两滴灰?、洞室圍巖的變形、塑性區(qū)、拉壓破壞區(qū)等;其二是先修建地面建筑地面建筑先完成,后開挖地下隧道,分析了地下隧道的受力、變形、破壞區(qū)以塑性區(qū)等。通過分析得出了前一種施工順序更為有利的結論。

研究降雨入滲對滑坡的影響,選擇降雨強度、降雨持續(xù)時間、坡比、坡高、巖土體滲透系數(shù)5個參數(shù),采用灰色系統(tǒng)理論中的灰色關聯(lián)分析方法,建立灰色關聯(lián)模型,進行降雨入滲對邊坡穩(wěn)定性影響的敏感性分析。結果表明,降雨強度和降雨持續(xù)時間是主要影響因素,降雨強度對邊坡穩(wěn)定性的影響最大最敏感。通過分析,發(fā)現(xiàn)進行邊坡優(yōu)化設計和滑坡災害防治處理時,應對邊坡場地周邊的降雨強度和降雨持續(xù)時間的統(tǒng)計資料予以足夠的重視。

以納溪高速公路敘嶺關隧道為背景,以方形溶洞為例,運用三維有限元方法分析隧道側(cè)部溶洞對隧道圍巖穩(wěn)定性的影響。研究結果表明:隨著隧道的不斷推進,右拱腳附近豎向位移和最大主應力有較明顯的增加;拱頂、拱底圍巖變形有朝溶洞方向位移的趨勢;側(cè)部溶洞對圍巖的影響范圍大約是2倍隧道洞徑,對1倍隧道洞徑內(nèi)的圍巖及側(cè)部溶洞應及時處理。隧道圍巖位移、應力的變化規(guī)律可為巖溶處理、支護時機提供依據(jù)。

結合湖南省對口援建項目——理縣至小金公路工程中的豹子嘴巖質(zhì)邊坡,依據(jù)正交試驗設計原理,以flac3d數(shù)值計算法和數(shù)理統(tǒng)計為手段,對影響巖質(zhì)邊坡地震穩(wěn)定性的5種因素參數(shù)進行了敏感性分析.通過極差分析和敏感性趨勢圖,得出了巖質(zhì)邊坡地震穩(wěn)定性對各影響因素的敏感程度,對震區(qū)巖質(zhì)邊坡設計和施工提供了理論依據(jù).

研究目的:地下工程的施工過程是其結構安全度最差的階段,為了確保施工過程中的結構安全,選擇加固圍巖的方法是工程技術人員最關心的問題之一,因此圍巖參數(shù)對結構安全的敏感性就成了關鍵因素。針對海南工程,運用大型通用有限元數(shù)值分析軟件(ansys),采用monte-carlo隨機有限元理論模擬,計算大斷面地下洞室多層耦合應力超前解除及分層逆作2種方法的開挖過程,在開挖過程中對每一步布置測線,對測線的收斂進行統(tǒng)計分析,比較圍巖參數(shù)對各條測線收斂的影響程度,針對各條測線對圍巖參數(shù)的敏感性進行分析,比較總結出影響地下洞室收斂的關鍵因素。研究結論:影響洞室豎向測線收斂的巖土參數(shù)由大到小依次為:變形模量、波松比、內(nèi)摩擦角、粘聚力。影響洞室水平測線收斂的巖土參數(shù)由大到小依次為:波松比、變形模量、內(nèi)摩擦角、粘聚力。

在尚家灣隧道施工期間,曾預報并揭露大型溶洞,溶洞的存在給隧道施工帶來極大的安全隱患。以尚家灣隧道為背景,開展數(shù)值試驗。通過對比隧道前方有、無溶洞條件下開挖工況,從位移、應力、塑性區(qū)3個方面分析了隧道前方大型溶洞對隧道圍巖穩(wěn)定性的影響。研究表明:對于本工程而言,溶洞對隧道底部和左側(cè)拱腰的影響要大于對隧道頂部及右側(cè)拱腰的影響;隧道前方存在大型溶洞條件下塑性區(qū)體積隨開挖位置呈指數(shù)增長。隧道前方無溶洞條件下,塑性區(qū)體積隨開挖位置呈線性增長,即溶洞的存在大大加速了隧道開挖塑性破壞區(qū)的增長。該研究對巖溶地區(qū)隧道安全施工具有一定的指導意義。

為研究山區(qū)路基穩(wěn)定性影響因素的敏感性，采用等水平正交表進行正交試驗設計，基于bishop法建立路堤、地基一體化分析模型，分析了路堤高度、地基斜率、地基土強度參數(shù)、路堤填土強度參數(shù)4因素對路堤穩(wěn)定性影響的主次關系。分析結果表明：首先，影響山區(qū)公路路基整體穩(wěn)定性最重要的因素為地基強度；其次，邊坡高度與路堤填土強度對路基整體穩(wěn)定性也有較大的影響，而地基坡率對路堤整體穩(wěn)定性影響相對較小。

隨著我國西南部大規(guī)模鐵路建設的實施,受地形地勢的影響,淺埋偏壓隧道越來越多的出現(xiàn)在工程實際當中。對于此類隧道,初期支護時機對圍巖穩(wěn)定性的影響是一個不容忽視的重要問題。針對改建鐵路成昆線老鼻山隧道洞口淺埋偏壓段的工程實例,應用大型有限元分析軟件abaqus模擬分析了隧道開挖后在不同應力釋放率情況下施加初期支護的作用效果。對淺埋偏壓隧道不同支護時機下圍巖的變形規(guī)律以及圍巖的應力狀態(tài)進行了研究,初步分析了兩者與支護時機的對應關系。

通過建立有限元、離散元兩種數(shù)值力學模型,開展開挖跨度對隧道圍巖穩(wěn)定性的影響規(guī)律研究。結果表明:在不考慮洞室形狀影響的前提下,當圍巖按連續(xù)介質(zhì)假設,且開挖后仍處于彈性應力狀態(tài)時,單純增加隧道開挖跨度對圍巖應力狀態(tài)影響不大;但若開挖后進入彈塑性應力狀態(tài),則單純加大開挖跨度會導致塑性區(qū)半徑大幅度增加,影響圍巖穩(wěn)定。當圍巖按非連續(xù)介質(zhì)假定時,巖體失穩(wěn)主要呈現(xiàn)節(jié)理面間剪切滑移。開挖跨度增大相當于隧道跨度與巖塊的相對尺度增大,隧道關鍵塊體失穩(wěn)概率加大,對于相同產(chǎn)狀節(jié)理巖體,關鍵塊體出現(xiàn)部位相同;另一方面,跨度增大引起在隧道開挖的應力擾動區(qū)內(nèi)遭遇節(jié)理的組數(shù)增加,組數(shù)越多,巖體越破碎,失穩(wěn)概率越大,且失穩(wěn)模式各有不同,增加了支護難度。

采用有限元方法,初步研究了隧洞在埋深為33,233,433m時,在ⅰ~ⅴ級圍巖的受力、塑性變形和位移變化。研究發(fā)現(xiàn),在同一埋深下,隨著圍巖破碎程度的增加,圍巖的受拉區(qū)和塑性變形區(qū)逐漸從拱頂、底向邊墻轉(zhuǎn)移,并可能在邊墻處發(fā)生拉應力突增現(xiàn)象,突增幅度隨埋深的增加而增大。隧洞的拱頂、邊墻和拱底都會產(chǎn)生較大位移;隨著埋深的增加和巖體的破碎,拱頂和拱肩的位移會超過其他部位。計算結果和已有的模型試驗結果相比較,論證了研究方法和結論的合理性。

通過深入分析西南某深埋長引水隧洞軟巖洞段地應力鉆孔實測資料,得到了水平構造應力側(cè)壓系數(shù)隨隧洞埋深的變化規(guī)律。在此基礎上,采用快速應力邊界法開展數(shù)值計算,探討洞型、圍巖類別、埋深等因素對該段圍巖變形量的影響及其變化規(guī)律,開展了圍巖變形量敏感性分析。結果表明,該洞段圍巖變形量隨圍巖類別降低而增大,隨埋深增加而增大。研究成果可為該類隧洞深埋軟巖洞段開挖支護設計提供借鑒。

隧道穿越節(jié)理裂隙發(fā)育地質(zhì)環(huán)境時,水壓力以及節(jié)理裂隙發(fā)育程度會對開挖后圍巖的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響.以某隧道為工程背景,運用離散元理論,考慮流固耦合作用,分析了水位高度和節(jié)理法向剛度對隧道開挖后洞周位移收斂、圍巖剪應力及塑性區(qū)、支護結構受力的影響.計算結果表明:在一定范圍內(nèi),水位高度和節(jié)理法向剛度越大,圍巖塑性區(qū)的范圍越小,襯砌結構受到的內(nèi)力越小,隧道越安全.

大跨自錨式懸索橋顫振穩(wěn)定性的敏感性分析——基于橋梁多振型耦合的氣彈性理論，建立了基于特征值問題的氣動參數(shù)敏感性分析方法，并結合目前國內(nèi)最大跨度的獨塔和雙塔自錨式懸索橋的風洞試驗資料，分別探討截面形狀、氣動阻尼、模態(tài)耦合、顫振導數(shù)等對橋梁氣動性...

我國部分高速公路建設在山地丘陵地區(qū),地質(zhì)條件極其復雜,會遇到大量隧道工程,而有些隧道受到地形、線形規(guī)劃等條件的限制,往往需要修建小凈距隧道,而圍巖穩(wěn)定性對于施工尤為重要。本文以某淺埋小凈距隧道為例,采用數(shù)值模擬的分析方法,研究隧道出口段分別采用交叉中隔壁法(crd工法)和雙側(cè)壁導坑法施工對圍巖變形和力學特性的穩(wěn)定性影響,將不同施工方法開挖引起的隧道圍巖變形和塑性區(qū)情況進行了對比分析。研究結果表明,crd工法引起的圍巖擾動相對較小,這將為比較選擇更為安全可靠和經(jīng)濟合理的設計和施工方法提供較好的科學依據(jù)。

以某隧道為背景,對淺埋偏壓公路隧道在crd法開挖條件下進行施工力學數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測監(jiān)控.分析開挖過程中圍巖應力的變化情況,并將模擬結果與現(xiàn)場監(jiān)測結果進行比較.結果表明:淺埋偏壓隧道開挖后,圍巖應力場并不對稱,深埋側(cè)的變化程度大于淺埋側(cè);在每一個開挖步驟前后,圍巖應力變化較大;鋼弦式傳感器能夠記錄圍巖應力釋放的情況.

以一工程實例為基礎,運用zsoil.pcv2014有限元強度折減法研究邊坡在坡頂建筑物基礎影響下的穩(wěn)定安全系數(shù),土體采用mohr-coulomb理想彈塑性模型,并分析此類邊坡穩(wěn)定對8個物理、幾何參數(shù)的敏感性,提出邊坡治理的關鍵因素及設計、施工中的注意事項。

通過曼歇2號隧道中導洞開挖中的地質(zhì)素描和資料收集,依據(jù)掌子面和兩壁出露的地質(zhì)體的巖性、節(jié)理、巖體結構類型、地質(zhì)構造特征等綜合特征,沿其走向、傾向和傾角的延伸推斷工作面短距離前方的地質(zhì)情況,應用赤平投影分析法對正洞的圍巖穩(wěn)定性和邊坡的變形破壞做出定性和定量分析,從而預測兩側(cè)正洞的地質(zhì)情況,對連拱隧道上、下行線正洞的施工予以指導和控制,進而達到短期預報的目的。

向家壩水電站壩基深層抗滑穩(wěn)定敏感性分析——對向家壩水電站壩基深層抗滑穩(wěn)定影響因素的敏感性進行了系統(tǒng)的分析，得出了合理結論，對壩基深層抗滑穩(wěn)定及壩基處理措施研究具有重要的指導意義，同時也可供類似工程參考?！　?/p>