高地应力深埋隧道施工过程中围岩应力分布规律数值模拟分析

高地应力深埋隧道施工过程中围岩应力分布规律数值模拟分析

隧道工程是现代城市建设中不可或缺的重要环节,而隧道施工所涉及到的高地应力深埋隧道施工过程中围岩应力分布规律对工程质量和安全来说至关重要。为了更好地了解高地应力深埋隧道施工过程中围岩应力分布规律,我们进行了数值模拟分析。本文将对该模拟分析进行详细介绍。

一、研究背景

隧道施工中,围岩的应力分布规律对隧道的稳定性和安全性有着重要的影响。而高地应力深埋隧道的围岩应力分布规律更加复杂,需要通过数值模拟进行深入研究。了解围岩应力分布规律对制定合理的支护方案,提高隧道工程的质量和安全性具有重要意义。

二、数值模拟分析

1. 模型建立:我们选取了一条高地应力深埋隧道进行研究,并借助有限元数值模拟软件建立了相应的地质模型。考虑了隧道开挖、围岩应力变化等因素,建立了真实可靠的模型。

2. 材料参数:采用了合适的地质力学参数和应力分布参数,对模型中的岩石进行了合理的力学建模,使得模拟结果更加准确可信。

3. 模拟过程:模拟过程中考虑了隧道开挖、围岩应力变化等工程施工过程中的影响因素,采用了适当的边界条件和加载方式,模拟了隧道施工中围岩应力的分布规律。

4. 结果分析:通过数值模拟得到了高地应力深埋隧道施工过程中围岩应力分布的数值结果,分析了不同工况下围岩应力的分布规律,得出了一定的结论和建议。

1. 针对不同工况下的围岩应力分布规律,可以制定相应的支护方案,保障隧道的安全施工和使用。

2. 通过对围岩应力分布规律的分析,可以进一步优化隧道的设计方案,降低工程成本,提高工程质量。

3. 数值模拟分析得到的围岩应力分布规律也可以为相关领域的研究提供数据支持和理论依据。

四、展望

本文针对高地应力深埋隧道施工过程中围岩应力分布规律进行了数值模拟分析,得到了一定的研究成果。随着科学技术的不断发展,数值模拟分析仍有待进一步完善和提高准

确性。未来可以从更多的因素出发,完善模型建立和参数选择,为隧道工程的安全施工和设计提供更加可靠的理论依据。

高地应力深埋隧道施工过程中围岩应力分布规律的数值模拟分析具有重要意义,可以为隧道工程的设计、施工和支护提供理论依据和技术支持,有助于提高隧道工程的质量和安全性。希望本文的研究成果能够为相关领域的研究和实践工作提供一定的借鉴和启示。

隧道工程中的围岩稳定性分析

隧道工程中的围岩稳定性分析 隧道工程是一项复杂而重要的工程,涉及到许多工程学科的知识。其中一个关 键的因素就是隧道围岩的稳定性。围岩的稳定性对隧道的安全和可持续运营起着至关重要的作用。因此,隧道工程中的围岩稳定性分析成为了工程师们研究和解决的难题。 隧道工程中的围岩稳定性分析可以分为岩石力学分析和数值模拟两个方面。岩 石力学分析是指通过实地勘探和采样,对隧道围岩的物理力学性质进行实验室测试,并通过理论计算和分析,了解围岩的强度、变形性能、破坏特性等。这样可以为隧道设计提供关键的参数和参考依据。 进行岩石力学分析时,首先需要对围岩进行采样。通过岩芯和地质面的观察, 可以得到围岩的颜色、结构、岩石类型等基本信息。然后,利用岩石工程力学测试,如拉伸试验、压缩试验等,确定围岩的强度和变形特性。同时,还需要进行单轴和三轴剪切试验,以评估岩石的抗剪强度。这些实验数据可以为后续的数值模拟提供基础。 数值模拟是利用计算机模拟隧道施工和运营过程中围岩的变形和破坏情况。通 过数值模拟,可以对围岩的稳定性进行全面准确的分析和预测。在数值模拟中,主要采用有限元法进行计算。首先,需要根据岩石力学分析得到的实验数据,建立围岩的材料模型和边界条件。然后,将隧道建模,并将岩石材料模型应用于模拟中。最后,对围岩施加负荷,通过计算机模拟围岩的变形和破坏情况。 在进行围岩稳定性分析时,需要考虑到许多因素。其中,地下水是一个重要的 因素。地下水的存在会显著影响围岩的稳定性。当隧道施工过程中遇到地下水时,要通过合理的抽水措施来控制地下水位,减少对围岩的影响。此外,还要考虑到隧道周围的地质构造和应力状态等因素。这些因素的综合分析和计算可以帮助工程师们确定围岩稳定性的状况,并制定相应的安全措施。

深井巷道围岩地应力分布规律测试及控制技术

深井巷道围岩地应力分布规律测试 及控制技术 近年来,深井巷道围岩塌陷事故频发,给煤矿生产带来了极大的危害和损失。为了保证井下工作人员的安全和煤矿的正常生产,对于深井巷道围岩的应力分布规律的测试和控制技术的研究变得十分重要。本文将从测试方法和控制技术两方面探讨深井巷道围岩地应力分布规律测试及控制技术。 一、测试方法 1、钻孔法 钻孔法是最常用的测试深井巷道围岩地应力分布规律的方法。通过在围岩中钻一定深度的孔洞,测定围岩中不同深度的应力值,从而得出围岩的应力分布规律。钻孔法不仅测试精度高,而且速度快,对立即掌握围岩应力情况十分有利。如果要求精度更高,还可以使用测微计、电测点等设备辅助测量。 2、红外线法 红外线法是一种非接触式的测试方法。通过使用红外线扫描仪和热像仪来记录巷道围岩的温度分布,进而测定围岩中的热应力分布,从而推导得出围岩地应力分布规

律。该方法测试过程不需要人员进入巷道,减少了工作人员的安全风险。但是,由于围岩的温度变化受到许多因素(如气流、地温、水温等)的干扰,该方法的测试精度相对较低。 3、衬砌变形法 衬砌变形法是一种通过测定巷道内衬砌的变形情况,推导出围岩地应力分布规律的方法。该方法依靠衬砌的弹性形变来估计围岩的应力状态。衬砌变形法能够实时监测巷道围岩变形,尤其在有活动性煤层的支护工程中有重要的应用价值。 二、控制技术 1、钢丝网隧道衬砌支护技术 钢丝网隧道衬砌支护技术首先在巷道壁上铺设钢筋网,然后注入混凝土,形成固定的隧道衬砌。该技术能够承受较大的围岩应力,大幅度提高了巷道的承载能力。 2、岩石锚杆加固技术 岩石锚杆加固技术是指将钢筋或钢板插入巷道围岩中,然后将锚杆和巷道围岩胶接固定。该方法可承受恶劣环境下的巷道围岩应力,延长了巷道使用寿命。 3、压力释放技术 压力释放技术是通过钻孔工程在巷道围岩中开凿孔洞,将压力释放到较低的地层,以实现围岩的松弛减压。

基于FLAC3D模拟不同倾角断层下隧道围岩稳定性分析

基于FLAC 3D模拟不同倾角断层下隧道 围岩稳定性分析 摘要:本研究以狮子洋隧道为例,采用FLAC 3D软件模拟四个不同倾角 的断层,探讨各倾角断层下隧道开挖前后围岩应力和应变变化。结果显示,断层破碎带的初始地应力分布不均匀,尤其在破碎带处波动明显。当开挖至破碎带,围岩应力降低迅速,隧道变形增大。同时,断层倾角减小时,隧道开挖影响范围扩大,破碎带隧道位移更大更集中,围岩应力分布更不均匀。主要表现为围岩应力在断层处下降幅度加大,隧道应力集中区域应力更密集更高。 关键词:有限差分法;数值模拟;断层落差 Stability analysis of tunnel surrounding rock under different drop faults based on FLAC 3D simulation Zhang YangTian1 Abstract: This study takes the Shiziyang Tunnel as an example and uses the FLAC 3D software to simulate four different dip angles of faults, exploring the changes in stress and strain of surrounding rock before and after tunnel excavation under each dip angle fault. The results show that the initial stress distribution of the faulted zone is uneven, especially with significant fluctuations in the fractured zone. When excavating to the fractured zone, the surrounding rock stress decreases rapidly, and tunnel deformation increases. At the same time, when the fault dip angle decreases, the range of tunnel excavation influence expands, and the displacement of the fractured zone tunnel is larger and more concentrated, and the stress distribution of surrounding rock is more uneven. This is mainly manifested by the greater decrease in rock stress at the fault

第五章 1 岩体应力与围岩应力分布

第五章岩体应力与围岩应力分布 岩石变形和破坏都是在应力作用下的结果。 岩体中的应力有多大,又是怎样分布的呢? 地下洞室开挖及建筑物作用,又会使岩体中的应力发生什么样的变化呢? 因此,对岩体的稳定性分析,首先要掌握岩体中的应力状态和分布规律。

一、岩体应力种类和分布 1.岩体应力种类 1).自重应力 由岩体的自重所引起的应力称为岩体的自重应力。 2).构造应力 由地壳构造运动在岩体中所引起的应力称为构造应力3).温度应力 由岩体内地温梯度的影响而产生的应力称温度应力

4).成岩应力 岩石生成过程中在成岩作用下所产生的应力。 如结晶作用,变质作用,沉积作用,固结作用,脱水作用等。5).渗流荷载 地下水在岩体中运动所产生的荷载。 渗流荷载一般作为外荷载 6).附加应力 由建筑物在岩基中所引起的应力。

7).围岩应力 ①应力重分布:地下洞室开挖后,使岩体中原来的应力发生改变,把应力的这种变化称为应力重分布。 ②围岩:把应力重分布影响范围内的岩体称为围岩。 ③围岩应力:围岩内的应力叫围岩应力。 围 岩

2、地应力概念 1). 地应力 岩体中各种应力的总称(一般不包括渗流荷载) 2). 应力场 应力在空间有规律的分布状态称为应力场。 如自重应力场,构造应力场。 3). 天然应力(或初始应力) 指工程施工前就存在于岩体中的应力,如自重应力、构造应力、温度应力、渗流荷载。

在天然应力中,成岩应力仅在岩石生成过程中起作用,温度应力在地表浅部作用较小,所以,岩体中天然应力主要是构造应力和自重应力,两者构成了天然应力场的主要部分。 岩体在长期的地质作用过程中,已处于一种天然的平衡状态,但在工程建设中,不仅会施加附加应力,还会引起应力重分布,正是由于工程建筑,岩体的天然稳定状态将随之改变。

高地应力深埋隧道施工过程中围岩应力分布规律数值模拟分析

高地应力深埋隧道施工过程中围岩应力分布规律数值模拟分析 隧道工程是现代城市建设中不可或缺的重要部分,隧道施工过程中,高地应力深埋隧 道的围岩应力分布规律对隧道的稳定性和安全性具有重要的影响。为了更好地了解高地应 力深埋隧道围岩的应力分布规律,本文对其进行了数值模拟分析。 一、背景介绍 隧道施工是一项复杂的工程,隧道工程在山区的施工中,常常需要面对高地应力和深 埋等困难条件。高地应力指的是地下岩层深埋时所受的应力,通常会对隧道施工和隧道使 用阶段产生重要的影响。了解高地应力深埋隧道围岩的应力分布规律对隧道的设计与施工 至关重要。 二、数值模拟分析 在本文的模拟分析中,我们选取了某高地应力深埋隧道的典型截面进行研究。我们采 集了该隧道的地质勘探数据,包括围岩岩性、围岩主要参数等。然后,我们建立了隧道施 工过程中的三维有限元模型,考虑了地表载荷和隧道围岩的不均匀性等因素。 接下来,我们采用数值模拟方法对隧道围岩在不同深埋条件下的应力分布规律进行了 分析。通过模拟计算隧道施工过程中的围岩受力情况,我们得出了围岩的应力分布规律, 并结合地质勘探数据对比分析了模拟结果的合理性。 三、结果分析 经过数值模拟分析,我们得出了高地应力深埋隧道围岩应力分布规律的数值模拟结果。我们发现,在隧道施工过程中,围岩应力随深埋深度的增加而增大,并且存在一定的应力 集中区域。地表载荷和隧道开挖对围岩应力分布也具有重要影响。 结合地质勘探资料我们发现,数值模拟结果与实际情况相符,证明了数值模拟方法在 研究高地应力深埋隧道围岩应力分布规律中的可行性和有效性。 四、结论和展望 通过本文的数值模拟分析,我们深入了解了高地应力深埋隧道围岩的应力分布规律。 我们的研究结果为相关工程实践提供了重要的参考和指导,有助于优化隧道设计、施工和 运营。 在未来的研究中,我们将继续深入探讨高地应力深埋隧道围岩的应力分布规律,结合 更多的隧道工程案例进行验证,进一步完善数值模拟方法,为隧道工程的安全和稳定提供 更加可靠的技术支持。我们也将探索隧道围岩的支护和加固方法,为隧道施工过程中的困 难和挑战提供更科学的解决方案。

公路隧道开挖数值模拟

公路隧道开挖数值模拟 摘要:本文采用弹塑性理论,利用通用有限元程序abaqus建立公路隧道二维有限元模型,模拟实际的隧道开挖过程, 对开挖过程中的围岩应力场和位移场进行分析研究,可以为隧道的结构设计和工程施工提供参考。 关键词:公路隧道数值模拟隧道围岩 一、提要 近十年来,我国高等级公路建设取得了突飞猛进的发 展,伴随而来的是公路隧道的建设也取得了超常规快速发 展。由于缺少相关施工经验,对不同条件下(地质条件、 洞室大小、施工方法、支护条件等)公路隧道开挖[4] 前后,围岩应力分布的时空特征认识不清,从而导致围岩压力计 算在很多情况下不准确,进而引起衬砌结构设计、隧道施 工的失误,最终导致重大经济损失。 随着计算技术、岩土工程的理论与工程实践研究的发 展,许多新的数值计算方法[5][6] 在隧道工程中得到广泛的 应用,如今数值模拟[7][8] 已经是解决不同岩体结构、围岩 与支护相互作用、隧道围岩压力、围岩应力与变形、围岩破 坏过程与破坏机制的主要方法。本文采用有限元非线性分析 公路隧道的方法,应用弹塑性力学理论[10],在每次加载迭 代后,用弹塑性的屈服准则判断每个单元是否破坏后,再对

整体刚度矩阵进行修改,更好的反映出岩体的高非线性,系统直观的对不同条件下公路隧道开挖后围岩应力分布和变形进行分析,对于工程实践能够起到一定的指导作用。 二、隧道围岩的弹塑性本构模型 可将隧道围岩看成理想弹塑性材料,可以采用莫尔 库仑模型模拟围岩的本构关系。莫尔-库仑模型屈服函数为,(1) 式中:,c,φ分别为材料的 粘聚力和内摩擦角。j、p和θ分别为偏应力,平均有效应力和洛德角。 f>0,时材料为弹性状态,f=0时,材料进行如塑性 阶段,f<0的情况是不存在的。 可以采用不相关联的流动法则,假定塑性势函数与屈 服面相似,用ψ代替φ即可,塑性势函数为 (2) 式中:,ψ为剪胀角。 于是得到隧道围岩的本构矩阵为, (3) 如果φ=ψ,式(1)与式(2)相同,是相关联情况;

地铁隧道施工中的应力与变形分析

地铁隧道施工中的应力与变形分析 地铁交通作为现代城市最重要的公共交通方式之一,其建设涉及到许多重要的工程技术。其中,地铁隧道的施工是一个关键环节。在地铁隧道施工中,应力和变形是需要仔细分析和把控的重要问题。本文将就地铁隧道施工中的应力与变形问题展开讨论。 一、地铁隧道施工中的应力分析 1. 应力来源 地铁隧道施工中的应力主要来源于以下几个方面:首先,土体的自重产生的重力应力;其次,地面荷载带来的迁移应力;再次,对开挖面施加的支护结构引起的支护应力;最后,邻近建筑物的荷载引发的附加应力等。 2. 应力分布 地铁隧道施工中的应力分布是一个复杂而关键的问题。隧道内部的应力分布主要受到地层的物理性质、土体的力学特性以及地铁隧道的几何形状等因素的影响。通常情况下,隧道顶部和两侧的应力较大,而底部的应力较小,呈现出一个中间较高、两侧较低的分布特点。 3. 应力计算 地铁隧道施工中的应力计算是一个重要而复杂的过程。一般来说,可以采用有限元分析等数值模拟方法进行应力计算。首先,需要建立合理的地质模型和隧道结构模型;然后根据边界条件和加载条件设置合理的参数;最后进行数值模拟计算,并对结果进行分析和评估。 二、地铁隧道施工中的变形分析 1. 变形形式

地铁隧道施工中的变形主要表现为隧道在开挖过程中的沉降、收敛和挠度等形式。沉降是指土体下沉导致地面表面的相对变形;收敛是指隧道的周围土体在开挖过程中逐渐向隧道收拢;挠度是指隧道结构在施工过程中受到的弯曲变形。 2. 变形影响因素 地铁隧道施工中的变形受到多个因素的影响。首先,地质条件是影响变形的关 键因素之一,包括土层的物理性质、地下水位等;其次,施工方法和工艺对变形有较大的影响,如开挖方法、支护结构的设计等;还有地铁隧道自身的几何形状和尺寸等。 3. 变形控制与监测 为了保证地铁隧道工程的安全和稳定运行,必须对变形进行有效的控制和监测。在施工过程中,可以采用逐步开挖法、预应力锚杆等技术手段来控制变形的发展。同时,应建立严密的变形监测系统,通过测量和分析实时数据,及时判断变形情况,并采取相应的措施加以调整和改进。 综上所述,地铁隧道施工中的应力与变形分析是保证地铁工程安全和稳定运行 的重要环节。在施工过程中,需要对应力来源、应力分布和应力计算进行全面的分析和评估。同时,对于变形形式、变形影响因素以及变形控制与监测也要做好充分的了解与应对。通过合理的设计和科学的施工,可以确保地铁隧道的安全性和可靠性,为城市交通运输贡献力量。

隧道围岩压力的监测与分析

隧道围岩压力的监测与分析 1.监控量测的重要性 自从奥地利的拉布西维兹(V.Rabcewicz)于1948年提出新奥法以来,新奥法已在我国各山岭公路隧道中得到了广泛应用。众所周知,监控量测作为新奥法的三要素之一,对于隧道施工安全和施工过程控制都起着至关重要的作用。浅埋暗挖法是在距离地表较近的地下进行各种类型地下洞室暗挖施工的一种方法,继1984年王梦恕院士在军都山隧道黄土段试验成功的基础上,又于1986年在具有开拓性,风险性,复杂性的北京复兴门地铁折返线工程中应用,在拆迁少、不扰民、不破坏环境的条件下获得成功。之后,又经过工程实践,提出了“管超前,严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的“18字方针”,突出时空效应对防塌的重要作用,提出在软弱地层快速施工的理念,由此形成了浅埋暗挖法。监控量测工作也在这一工法中起到了很大的作用。盾构法是用盾构在软质地基或破碎岩层中掘进隧洞的施工方法。对于庞大的盾构机,其中顶推力,泥浆压力,盾尾注浆压力,衬砌沉降等均需要进行监控量测。由此可以看出,目前无论是在山岭隧道还是在城市地铁的修建中,监控量测已经是施工中一项重要,不可缺少的工作。 2.监控量测的目的 监控量测的目的主要有三种,包括优化施工顺序、施工安全和科学研究。通常在隧道施工过程中,相关四方包括建设方、设计方、施工方和监理方最关心的就是隧道施工安全,而优化施工顺序也是必不可少的,如果需要为相似工程提供更多的经验和数据,以进一步指导隧道设计和施工,则需进一步进行相关的科学研究。本文主要以山岭隧道的监控量测为主来介绍监控量测的目的。 2.1 优化施工顺序

如果单从优化施工顺序来说,我们最关心的是隧道围岩变形的情况。所以从这个角度出发,监测项目中的变形监测项目是需要重点选择的。从施工经验出发,一般选用的监测项目是周边收敛和拱顶下沉,可以说这两个项目在一般隧道监测中都是必不可少的。因为根据《公路隧道施工技术规范》(JTJ042-94)规定[2],判定围岩变形是否稳定主要靠这两项数据,通过其决定下一步采取何种施工方案。如规范规定:?当位移-时间曲线出现反弯点时,则表明围岩和支护已呈不稳定状态,此时应密切监视围岩动态,并加强支护,必要时暂停开挖。?二次衬砌的施工应满足周边收敛速率小于0.1~0.2mm/d,或拱顶下沉速率小于0.07~0.15mm/d。 通过以上分析表明,只要有通过围岩位移的测量就可以判定下一步所采取的施工措施了,从优化施工顺序角度出发,通常选择周边收敛和拱顶下沉就可以满足要求了,如果是隧道浅埋处则还需增加地表下沉量测项目,如洞口位置。 2.2 施工安全 1 施工安全目前在所有工程项目施工中已经提高到了非常高的高度,各单位都非常关心这一问题,所以这也是为什么目前大多建设方都单独对隧道监测进行招标,可见对其重视程度。从施工安全角度出发,变形方面的监测当然是必不可少的,也是判断围岩是否安全稳定的重要依据。除此之外,出于安全考虑还应对关键部位进行相应的应力量测,综合判断围岩的稳 定性。 以上分析表明了从施工安全考虑,初次衬砌内的混凝土内应力量测也是非常必要的,所以在选择周边收敛和拱顶下沉量测项目上,根据需要通常还要增加初衬混凝土内应力量测项目。 2.3 科学研究

挤压性褶皱构造区高地应力公路隧道围岩压力研究

挤压性褶皱构造区高地应力公路隧道围岩压力研究 挤压性褶皱构造区高地应力公路隧道围岩压力研究 摘要:随着经济的发展和交通运输需求的增长,高地应力公路隧道的建设面临越来越严峻的围岩压力挑战。挤压性褶皱构造区作为一种常见的地质构造,对围岩压力产生了显著的影响。本研究通过现场观测、数值模拟和力学分析等方法对挤压性褶皱构造区高地应力公路隧道围岩压力进行了研究。结果表明,挤压性褶皱构造区的存在使得围岩压力分布不均匀,呈现出横向差异性。此外,挤压性褶皱构造区的特殊应力状态导致围岩存在局部应力集中和破坏的风险。因此,在高地应力公路隧道设计和施工过程中,应充分考虑挤压性褶皱构造区的存在,并采取合适的支护措施以减小围岩压力对隧道结构的影响。 关键词:挤压性褶皱构造区、高地应力、公路隧道、围岩压力、支护措施 引言 公路隧道作为城市交通运输的重要组成部分,其安全和稳定性对于交通运输的顺畅至关重要。然而,由于地质条件的多样性,公路隧道建设面临着地质风险的挑战。高地应力是指在地下深部由于岩层自重压力造成的应力状态。在高地应力地区,隧道围岩面临着复杂的应力环境,可能会导致围岩的破坏和失稳。挤压性褶皱构造区是一种常见的地质构造,其存在对围岩压力产生了显著的影响。因此,深入研究挤压性褶皱构造区高地应力公路隧道围岩压力的特点和规律具有重要的理论和实践意义。 1.挤压性褶皱构造区对围岩压力的影响 挤压性褶皱构造区是一种由构造变形引起的地质现象,其主要特征是岩体的挤压和褶皱变形。在高地应力公路隧道建设中,

挤压性褶皱构造区会对围岩的压力分布产生重要影响。一方面,挤压性褶皱构造区的存在使得围岩压力分布不均匀,呈现出明显横向差异性。另一方面,挤压性褶皱构造区的特殊应力状态会导致围岩出现局部应力集中和破坏的风险。因此,在高地应力公路隧道的设计和施工过程中,必须充分考虑挤压性褶皱构造区的存在,以准确评估围岩压力并采取合理的支护措施。 2.对挤压性褶皱构造区高地应力公路隧道围岩压力的研究方法 为了深入研究挤压性褶皱构造区高地应力公路隧道围岩压力的特点和规律,本研究采用了多种研究方法。首先,通过现场观测,收集了挤压性褶皱构造区高地应力公路隧道的地质、岩性和构造等信息。然后,利用数值模拟方法,建立了挤压性褶皱构造区高地应力公路隧道围岩的力学模型,并进行了有限元计算,以获得围岩的应力分布。最后,通过力学分析,对挤压性褶皱构造区高地应力公路隧道围岩的压力特点进行了综合评估。 3.挤压性褶皱构造区高地应力公路隧道围岩压力的研究结果 通过研究,我们发现挤压性褶皱构造区的存在使得围岩压力分布呈现出明显的横向差异性。在挤压性褶皱构造区的顶部和褶皱附近,围岩受到较大的挤压力,压力较大。而在褶皱之间的凹陷区和底部,围岩受到较小的压力,压力较小。此外,挤压性褶皱构造区的特殊应力状态导致围岩存在局部应力集中和破坏的风险。因此,在高地应力公路隧道的设计和施工过程中,必须采取适当的支护措施,以减小围岩压力对隧道结构的影响。 结论 本研究对挤压性褶皱构造区高地应力公路隧道围岩压力进行了系统研究。研究结果表明,挤压性褶皱构造区的存在使得围岩

高地应力软岩隧道围岩压力研究和围岩与支护结构相互作用机理分析

高地应力软岩隧道围岩压力研究和围岩与支护结构相互 作用机理分析 高地应力软岩隧道围岩压力研究和围岩与支护结构相互作用机理分析 隧道工程建设中,软岩地层是常见的地质条件之一。其中,高地应力软岩隧道对围岩压力和支护结构设计提出了更高的要求。因此,研究高地应力软岩隧道围岩压力和围岩与支护结构相互作用机理具有重要意义。 一、高地应力软岩隧道围岩压力研究 高地应力软岩隧道围岩压力主要与围岩的地质背景、地应力特征相关。软岩的应力特点是在地质演化过程中长期受到地壳运动的作用,形成了较高的地应力。软岩隧道开挖过程中,地应力释放导致围岩应力分布发生变化。因此,研究高地应力软岩隧道围岩压力变化规律有助于合理控制围岩变形和支护结构设计。 针对高地应力软岩隧道的围岩压力研究,目前主要采用数值模拟、现场监测和物理模型试验等方法。数值模拟采用有限元方法,模拟软岩隧道开挖过程中围岩应力变化规律。现场监测通过安装应力计、位移计等进行实时监测,获取隧道施工前后围岩的应力变化数据。物理模型试验则通过建立软岩隧道模型,模拟实际隧道施工条件下的应力分布情况。 研究结果表明,高地应力软岩隧道围岩压力受到地应力的控制,压力分布规律主要表现为:1)开挖正面附近围岩应力 较为集中,呈现出一个高压区,超过了软岩的强度,容易形成开挖面破坏;2)隧道两侧围岩应力较小,随着开挖面的扩大,围岩应力逐渐下降;3)隧道顶部应力较大,但不如开挖正面

附近的围岩应力集中。此外,高地应力软岩隧道围岩压力还受到隧道几何形状和地层变形特征等因素的影响。 二、围岩与支护结构相互作用机理分析 高地应力软岩隧道的支护结构设计需要考虑围岩与支护结构之间的相互作用。围岩与支护结构的相互作用机理主要包括:围岩的初始应力分布、围岩的变形特性、支护结构的刚度和应变分布等。 首先,围岩的初始应力分布对支护结构的影响较大。高地应力软岩隧道的围岩初始应力较大,存在一定的势能。支护结构的施工过程中,会产生一定的位移,进而改变围岩的应力分布。因此,合理设计支护结构的初始状态能够减小围岩压力,降低不良事故发生的概率。 其次,围岩的变形特性与支护结构的应变分布密切相关。高地应力软岩隧道的围岩变形较大,主要表现为围岩的弯曲和挠度。支护结构的设计应充分考虑围岩的变形特性,选择合适的支护材料和结构形式,保证支护结构具有足够的刚度和强度。 最后,支护结构的刚度和应变分布对围岩的稳定性也具有重要影响。支护结构的刚度决定了对围岩的约束程度,较高的刚度支护结构可以有效减小围岩的位移。而支护结构的应变分布则体现了支护结构对围岩的局部约束效果。合理选择支护结构的刚度和设计应变分布,能够保证隧道的稳定性和可靠性。 综上所述,高地应力软岩隧道围岩压力和围岩与支护结构相互作用机理的研究对于隧道工程的施工和设计具有重要意义。通过对围岩压力和相互作用机理的深入研究,可以提高隧道工程的安全性和稳定性,为隧道施工提供有效的参考依据

复杂断面洞室围岩应力数值模拟分析

复杂断面洞室围岩应力数值模拟分析 摘要:本文对复杂断面洞室围岩的应力数值模拟进行分析,首先简要介绍了研究背景和目的,接着列举了模拟过程中所使用的关键词,然后重点阐述了数值模拟的具体过程和结果,最后对结果进行了讨论并总结了结论。 引言:随着地下空间利用的日益广泛,复杂断面洞室围岩的应力数值模拟已成为工程实践中重要的研究课题。本文旨在通过对复杂断面洞室围岩进行数值模拟分析,为工程实践提供理论支持和技术指导。 关键词:复杂断面洞室,围岩,应力,数值模拟,有限元法 数值模拟分析:本文采用有限元法对复杂断面洞室围岩进行数值模拟分析。根据工程实际建立物理模型,包括断面形状、围岩材料等特征。然后,利用ANSYS软件实现网格划分、边界条件设置等数值模拟过程。在分析过程中,重点考虑围岩的力学性质、断面形状对围岩应力的影响等因素。 结果及其讨论:通过数值模拟分析,本文得到了不同断面形状、围岩材料等条件下的围岩应力分布情况。结果表明,断面形状对围岩应力有显著影响,圆形断面表现出较低的围岩应力水平,而矩形断面则表

现出较高的应力水平。同时,围岩材料的力学性质对围岩应力分布也有一定影响。在相同条件下,硬质围岩表现出较高的应力水平,而软质围岩则表现出较低的应力水平。 在讨论中,本文进一步分析了这些结果产生的原因,并从工程实践的角度出发,对这些结果进行了评估。结果表明,对于复杂断面洞室的应力分析,需要充分考虑断面形状和围岩材料的影响。在实际工程中,可以通过优化断面形状、选择合适的围岩加固措施等方法来降低围岩应力水平,提高工程的安全性和稳定性。 总结:本文对复杂断面洞室围岩的应力数值模拟进行分析,通过有限元法建立了物理模型并进行了数值模拟过程。结果表明,断面形状和围岩材料对围岩应力有显著影响。对于圆形断面,其围岩应力水平较低,而对于矩形断面,其围岩应力水平较高。硬质围岩表现出较高的应力水平,而软质围岩则表现出较低的应力水平。这些结果对于复杂断面洞室的设计和施工具有一定的指导意义。 然而,本文仅仅考虑了断面形状和围岩材料对围岩应力的影响,未来研究可以进一步探讨其他因素的影响,如地下水压力、地层厚度等。可以考虑开展现场监测和实验研究,以验证本文数值模拟结果的可靠性。通过对复杂断面洞室围岩的应力数值模拟进行分析,有望为地下

抢风岭隧道围岩地应力场研究及岩爆预测分析

抢风岭隧道围岩地应力场研究及岩爆预测分析 李永松;陈建平;尹健民 【摘要】为了研究抢风岭隧道工程区地应力分布情况,采用水压致裂法进行了地应力测试.根据测试成果,结合有限单元法及多元线性回归对工程区应力场进行了分析.回归分析结果显示:沿隧道轴线,最大水平主应力大于自重应力,该地区是以水平应力场为主导,最大水平主应力方向总体上接近NE向.最后,根据地应力资料对隧道围岩进行了施工期岩爆预测分析,表明在埋深270~400m完整坚硬的岩石洞段,施工期有发生中等岩爆的可能. 【期刊名称】《人民长江》 【年(卷),期】2011(042)007 【总页数】4页(P15-18) 【关键词】地应力;多元线性回归;岩爆预测;抢风岭隧道 【作者】李永松;陈建平;尹健民 【作者单位】中国地质大学(武汉)工程学院,湖北,武汉,430074;长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室,湖北,武汉,430010;中国地质大学(武汉)工程学院,湖北,武汉,430074;长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室,湖北,武汉,430010【正文语种】中文 【中图分类】U456.31 地应力场是岩土工程数值模拟、稳定性分析及工程设计与施工需要考虑的一个十分

重要的因素[1]。对于地应力测量方法的分类,依据不同的原理可分为直接法和间接法两大类。直接测量法有:扁千斤顶法、刚性包体应力计法,以及20世纪60 年代末,费尔斯特(C.Fairhurst)和海姆森(Haimson)提出的水压致裂法和近年来发展起来的声发射法等。间接测量法中,使用最广泛的就是应力解除法。鉴于地应力空间分布的复杂性及其随地质构造演化的复杂性,原位实测地应力是提供区域地应力场最为直接和最为可靠的途径。但是,受测试场地和经费等方面的限制,不可能进行大量测量,另一方面,地应力测量结果往往只能反映测量位置的局部应力场,并且受到测量误差的影响,使得地应力测量结果有一定程度的离散性。因此,为了更好地满足工程设计的需要,有必要在实测地应力结果的基础上,结合现场地质构造条件及有效的计算模拟方法,进行地应力场的回归分析[2-3],以获得更为 合理、适用范围较大的地应力场。 同时,岩爆是高地应力地区岩石地下工程施工中的一种常见灾害,常常表现为片状剥落、严重片帮,有的伴有声响及岩片弹射、能量猛烈释放、洞室突然破坏,危及人员、设备和建筑的安全[4]。岩爆的预测和防治是地下工程的重要课题。本文在抢风岭隧道地应力测试成果的基础上,进行了隧道区域地应力场多元线性回归分析,并根据地应力测试成果及工程区应力场回归分析结果进行了深埋隧洞段硬脆性围岩开挖过程中岩爆发生可能性的预测分析。 1 工程概况 抢风岭隧道位于山西省浑源县中庄铺乡小道沟村与青磁窑乡郝家湾村之间的中山区。设计为分离式隧道,隧道底板最大埋深约400m。隧道灵丘端洞口位于小道沟村西南的神树沟左侧山坡,山阴端洞口位于郝家湾村西的东岭沟内。隧址区所处区域构造位于唐河大断裂北东侧的燕山断块之次级构造单元广灵——蔚县块坳西部。主 要表现为一个北西向的断阶带,带内断裂为走向北西向的正断层,断裂面倾向北东或南西,倾角50°~80°,形成了以阶状为特征的地堑地垒带。隧址区地质构造主

堡镇隧道高地应力软弱围岩段施工大变形数值模拟预测研究

堡镇隧道高地应力软弱围岩段施工大变形数值模拟预测研究黄鸿健 【摘要】高地应力软弱围岩段施工将不可避免地产生大变形,做好施工期围岩变形的预测工作对隧道安全施工至关重要.采用大型有限差分程序对宜万铁路堡镇隧道大变形段施工进行了三雏数值模拟,并将模拟结果与实测变形结果做了对比,验证三雏数值模拟的可靠性,掌子面与监测断面距离较近时数值模拟预测围岩变形有较高的精度,但随着监测断面与掌子面距离的增大预测误差逐渐增大. 【期刊名称】《铁道标准设计》 【年(卷),期】2009(000)003 【总页数】3页(P93-95) 【关键词】铁路隧道;高地应力;大变形;数值分析;预测 【作者】黄鸿健 【作者单位】铁道部工程管理中心,北京,100844 【正文语种】中文 【中图分类】U456 国家重点工程宜(昌)-万(州)铁路堡镇隧道位于湖北省长阳县贺家坪镇和榔坪镇之间,隧道采用左右分离两单线方案,两线相距30 m。左线隧道全长11 563 m;右线隧道初期设计为一座平行导坑,初期平导在左线施工期间辅助施工,待左线隧道贯通后再将平导扩挖形成右线隧道,右线隧道全长11 595 m。Ⅳ、Ⅴ级围岩段总长约占全

线总长的60%左右。隧道左线DK72+834~DK79+887段及隧道右线 YDK72+248~YDK79+995段隧道埋深较大,局部地段达到630 m左右,根据测试及分析隧道洞身最大水平主应力为16 MPa,隧道横截面内的最大初始应力σmax 约14.75 MPa。对应岩体(页岩、砂质页岩、粉砂岩)其单轴抗压强度(Rc)为3.9~9.1 MPa,σmax/Rc=0.26~0.6<4,根据国标《工程岩体分级标准》(GB50218—94),该区属极高应力区,隧道极易产生大变形[1]。 《宜万线堡镇隧道工程地质勘察报告》建议,对DK70+203~DK78+08段和YDK70+222~YDK81+545段软岩大变形段应进行施工期围岩变形预测工作[1]。 1 堡镇隧道高地应力软弱围岩段施工三维数值模拟 选取堡镇左线正洞DK73+430~DK73+480段隧道作为研究对象,该段隧道最小埋深250 m,最大埋深约400 m,属高地应力、大埋深隧道,围岩级别为Ⅳ级,勘查岩性为志留系下统龙马溪组粉砂质页岩,抗压强度3.9~13.1 MPa,岩体较破碎,节理较发育,受高地应力影响,施工中极易产生大变形,并有坍塌的危险,故须做好施工期围岩变形监测及预测工作[1~2]。 FLAC3D是由美国Itasca Consulting Group Inc开发的三维显式有限差分法程序,它可以模拟岩土或其他材料的三维力学行为。FLAC3D将计算区域划分为若干六面体单元,每个单元在给定的边界条件下遵循指定的线性或非线性本构关系,如果单元应力使得材料屈服或产生塑性流动,则单元网格及结构可以随着材料的变形而变形,这就是所谓的拉格朗日算法,这种算法非常适合于模拟大变形问题。FLAC3D采用了显式有限差分格式来求解场的控制微分方程,并应用了混合单元离散模型,可以准确地模拟材料的屈服、塑性流动、软化直至大变形,尤其在材料的弹塑性分析、大变形分析以及模拟施工过程等领域有其独到的优点。FLAC所采用的动态松弛法求解,不需要形成耗机时量较大的整体刚度矩阵,占用计算机内存少,利于在微机上求解较大规模的工程问题。鉴于该软件的以上优点,所以采用该软件作为隧道施工三

隧道衬砌支护结构的ANSYS数值模拟

隧道衬砌支护结构的ANSYS数值模拟 摘要:为了确保隧道施工及运行的安全性,必须对其支护结构进行受力分析。 本文以城市长大隧道为例,基于ANSYS有限元分析软件平台建立隧道支护的荷载—结构模型,并从结构变形、弯矩、轴力和剪力等方面实现对隧道支护结构的数 值模拟,从分析结论及安全性的角度出发,为隧道结构的优化设计和现场施工提 供依据和指导。 关键词:隧道;支护结构;ANSYS;数值模拟 目前,伴随岩土力学的发展和计算机的普遍使用及其性能的不断提高,有限 元数值分析已成为隧道结构分析中发展最迅速的方法。在参数选取合理的情况下,通过对隧道开挖过程进行仿真分析,可判定隧道围岩应力大小以及应力区和塑性 区的范围,能够预测隧道施工中的险情,保证隧道施工安全和稳定性。 一、有限元数值模拟方法 有限元法的基本思想是将连续的结构离散成有限个单元并设定节点,将连续 体看作是只在节点处相连接的一组单元的集合体;同时选定场函数的节点值作为 基本未知量,在每一个单元中假设一近似差值函数以表示单元场中场函数的分布 规律,利用力学中的某些变分原理去建立用以求解节点未知量的有限元方程,从 而将一个连续域中的无限自由度问题化为离散域中的自由度问题,一经求解就可 以利用解得的节点值和设定的插值函数确定单元上以至整个集合体上的场函数[1]。 在实际工程应用中,有限元法可以考虑岩土介质的非均匀性、各向异性、非 连续性和几何非线性等,适用于各种边界条件,结合大型通用有限元软件ANSYS 能较好实现隧道结构的数值计算。基本建模流程包括选择分析模型类别、创建物 理环境、建立模型和划分网格、施加约束和荷载、建立有限元模型、求解和后处 理等。当前,对隧道支护结构体系一般按照荷载—结构模型进行演算,分析过程 中将围岩视为隧道结构上的荷载,且为结构本身的一部分,两者间的相互作用通 过围岩的弹性支撑对结构施加约束来实现。 二、隧道结构受力分析实例 2.1 设计概况 目标隧道为双向六车道设计,含多种断面衬砌类型,围岩级别Ⅲ~Ⅵ级。隧 道所经地段在构造上处于金鳌寺向斜西翼,构造裂隙不发育,岩性以砂质泥岩、 砂岩为主。研究段位于隧道左线中部里程,断面尺寸11.13×16.19m,腰部和顶部 衬砌厚度为85cm,仰拱衬砌厚度为73cm。采用C35钢筋混凝土为衬砌材料,隧 道围岩为IV级,仰拱下无水压。围岩及衬砌材料的主要物理力学指标如表1所示。 表1 物理力学指标 2.2 实体建模及网格划分 在实体建模时,隧道衬砌支护结构采用BEAM3梁单元,隧道与围岩之间的相 互作用采用COMBIN14弹簧单元,并假定弹簧单元长度为1(弹簧长度对计算结 果没有影响),通过对先划分的梁单元节点进行复制以确定弹簧的另一节点。网 格划分时,按照隧道轮廓不同部位进行区分,仰拱和拱顶网格数为10,侧墙网格 数为5,拱脚网格数为2。 2.3 模型加载与求解 在求解前,需对模型施加约束和荷载,包括节点位移约束、平面约束、围岩 压力、地下水压力、支护结构自重等。其中围岩压力依据《公路隧道设计规范》

高地应力深埋隧道开挖扰动规律

高地应力深埋隧道开挖扰动规律 陈怀伟 【摘要】以颗粒离散元理论为基础,建立不同应力场作用下的大尺度深埋隧道模型,从开挖过程中的能量转换规律、应力波传播衰减规律及应力重分布规律等角度研究构造应力场对双线硬岩隧道的影响.结果表明:隧道瞬时开挖后,围岩系统的应变能、动能及耗散能均存在三阶段演化规律.侧压力系数越大,围岩受到的扰动越剧烈;侧压力系数小于1时,拱顶、拱底由于处于应力松弛区,无扰动波产生;拱腰处于应力加载区,卸荷后期会产生同向的第二峰值扰动波;侧压力系数为1时,无明显扰动波产生;侧压力系数大于1时,扰动波产生位置为拱顶、拱底处,且扰动波的方向与卸载波相反;应力卸荷过程可以分为剧烈扰动、卸荷调整以及卸荷完成3个阶段. 【期刊名称】《南京工业大学学报(自然科学版)》 【年(卷),期】2018(040)004 【总页数】8页(P102-109) 【关键词】高地应力;深埋隧道;能量演变;应力重分布;力链 【作者】陈怀伟 【作者单位】浙江省机电设计研究院有限公司,浙江杭州 310012 【正文语种】中文 【中图分类】U451+.2 高地应力硬岩隧道开挖后,围岩集聚的大量应变能会突然释放,产生岩爆、静态脆性

破坏等灾害[1],严重影响隧道施工安全与进度。国内外学者采用现场试验[2-3]、模型试验[4-5]和数值模拟[6-7]等手段,从隧道破坏模式、调控机制、围岩系统能量转换机制以及应力重分布规律等方面对硬岩隧道开挖扰动响应进行了大量的研究,其中,从能量角度去研究深部开挖系统的稳定性得到了工程界与理论界的重视。自Cook等[8]于1966年提出能量释放率的概念以来,国内外学者基于能量理论,提出了一系列的优化指标,如刘镇等[9]运用耗散结构理论,分析了隧道变形失稳的能量耗散过程;赵阳升等[10]提出了岩体动力破坏最小能量原理;苏国韶等[11]提出了局部能量释放率指标;冯夏庭[12]建立了考虑能量释放率的风险评估专家系统;谢和平等[13]基于能量耗散的强度丧失准则,得到了各种应力状态下岩石单元整体破坏临界应力。值得注意的是,以上研究集中于围岩卸荷完成后的能量分析,对开挖瞬时的系统能量演化规律研究较少。 地下工程开挖是一个径向卸荷、切向加载过程。开挖过程中应力重分布反复发生,应力路径复杂。目前,对应力重分布的研究多集中在重分布结果上[14-16],对其过程研究较少。深埋岩体具有显著的应力路径相关性,研究其应力重分布过程,继而研究围岩传力机制,对于工程应用有着重要的价值。 基于上述认识,本文以颗粒离散元理论为基础,建立不同应力场作用下的大尺度深埋隧道模型,从开挖过程中能量转换规律、应力波传播衰减规律及应力重分布规律等角度研究构造应力场对双线硬岩隧道的影响,并从细观角度揭示高地应力深埋隧道开挖对围岩的扰动规律。 1 数值模型建立 1.1 颗粒流基本原理及参数标定 本文的分析采用颗粒离散元软件PFC 2D,其基本单元为圆形颗粒,颗粒之间的接触采用简化的软球模型,颗粒间的法向作用由弹簧和阻力器表征,切向作用由弹簧、阻尼器和滑动器表征。

隧道穿越富水层施工技术与围岩应力变化分析

隧道穿越富水层施工技术与围岩应力变化分析 作者:*** 来源:《西部交通科技》2020年第03期

摘要:文章以富水层地质构造为例,研究了隧道在穿越此类地质段时的主要施工技术,并通过现场数据采集与传输系统搭建,分析了富水层隧道围岩应力变化情况,为同类型隧道施工提供参考。 关键词:隧道;富水层;施工;研究

0 引言 隧道在施工过程中常穿越各类不良地质段,如富水层,这类地质构造为隧道施工带来了一定的难度,而且在施工过程中也伴随有各类风险因素,如突水涌泥、结构失稳、支护塌方等,严重时会影响到施工人员的生命安全。因此,研究隧道穿越富水层的施工技术和施工中各相关工程参数的变化,对于保证隧道工程的施工质量具有特殊意义。 1 隧道穿越富水层的主要施工技术 1.1 隧道穿越富水层施工风险 隧道在施工中穿越富水地质构造时,会破坏原有含水结构及渗流通路,可能使疏水通道与隧道开挖面相互连通,施工扰动甚至会引发隧道开挖区的突水涌泥等施工事故,情况严重时会造成地面塌方或地表沉降。富水层所在地质构造多为岩性变化带,属于隧道工程的富水层。地表突变处若为挤压式断层,则通常表现为上盘裂隙富水;地表突变处若为张拉式断层,则通常情况下断层带即为蓄水构造。隧道施工穿越该段将可能引发集中突水涌泥,施工风险极高。特别是在强岩溶区域的隧道施工中,岩体深处可能存在大范围的蓄水构造,当隧道开挖揭穿溶洞、溶腔或其他暗河时,会引起大量地下水喷涌,改变原有的地下水渗流路径,使得隧道周边范围的地下水位下降,对当地生态环境和人们日常生活带来严重影响[1]。 1.2 穿越富水层施工水处理原则 隧道浅埋段应使用洞内注浆模式进行封堵,以减少渗水压对永久衬砌结构的影响。对于隧道常规地段而言,其裂隙水与地表水无明显的直接联系,排放时对周边环境的影响较小,因此,可采取防排相结合的水处理原则。对于影响附近环境较大的地质构造水,应综合判断实际施工情况下的项目进度等情况,严格区分渗流水及喷出水,采取排放后处理和超前帷幕预处理等措施,并注浆加固围岩以降渗承压,初期支护时使用径向方式[JP]进行注浆以隔断水路。此外,应及时采取措施尽可能减少隧道内部的排水,确保隧道原有结构体的稳定性,为降低排水对周边环境的影响,可使用帷幕注浆技术进行施工[2]。 1.3 帷幕注浆施工 针对隧道施工过程中因穿越富水层等不良地质构造而可能引发的突水涌泥等灾害,当地下水压力值超过3 MPa时,应对其正洞8 m范围内注浆加固;当地下水压力值在2~3 MPa时,应对其正洞5 m范围内注浆加固,开挖轮廓外3 m范围进行帷幕注浆施工;当地下水压力值在1~2 MPa时,开挖轮廓外3 m范围进行帷幕注浆施工。注浆施工设备选用可参考表1。 1.4 绕行超前平导施工

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