将军山隧道节理特征对围岩稳定性的影响及锚杆支护机理研究
节理特征和围岩支护对隧道变形的影响分析

・内蒙古交通厅科研项目:软岩隧道建设关键技术研究 [作者简介】李军,工程师,E—mail:hhulijun@163.corn
[收稿日期]2012-08-30
万方数据
2013 No.3
李军等:节理特征和围岩支护对隧道变形的影响分析
83
本文采用离散元软件UDEC对隧道围岩节理特 征进行了数值分析,分析了围岩节理组数、倾角、间 距以及围岩支护对隧道围岩变形的影响。研究结 果对节理发育围岩施工和支护设计有一定的参考 价值。 1计算模型 1.1计算参数 假设某隧道开挖高度9.5m,宽12m,隧道埋深 为30m处于Ⅳ级围岩。围岩力学参数取值如下:材 料为凝灰岩,体积模量2.87GPa,剪切模量 1.17GPa,密度为2 500kg/m3,泊松比0。32。节理力 学参数:法向刚度3GPa/m,剪切刚度1GPa/m,黏聚 力1 000Pa,内摩擦角30。。隧道采用喷射混凝土和 锚杆进行初次支护,喷射混凝土厚22cm,锚杆单根 长3.5m,布设间距为1m。喷射混凝土参数为:密度 为2 500kg/m3,泊松比为0.15,弹性模量为2.1× 107kPa,抗压强度12.5MPa,抗拉强度1.1MPa,残余 强度为1kPa。锚杆参数为:截面面积为4.9×10~, 密度为7 500kg/m3,极限拉应变为0.01,抗压极限 强度为1.5×10 7N,弹性模量为2.1×108kPa"。。
deformation
are
increases with the number
joints;the
tunnel is more likely
to
collapse if multiple joints
not
provided with timely supports;
锚杆参数对围岩稳定性影响的数值分析

也有同步折减关系,式(5)和(6)是两者折减系数
间换算关系。式(4)中 ω 是强度折减法中安全系数
的定义。强度折减有限元方法的基本原理是将岩体强
度参数黏聚力 c 和内摩擦角 φ 同时除以一个折减系数 ω,得到一组新的 c 和 φ 值,作为新材料参数输入, 进行试算;当计算不收敛时,对应的 ω 为隧道的最大 稳定安全系数。
摘 要:结合强度折减法对隧道开挖过程中围岩稳定性进行模拟分析,研究了随着折减系数的变化,隧道围岩塑性区
的变化情况。对于不同的工况,通过对锚杆参数(锚杆长度、锚杆间距和锚杆直径)的模拟比较,得出锚杆长度对改
善围岩稳定性效果最明显,其次是锚杆间距,最后是锚杆直径。结合后云台山隧道工程实例,分析后云台山隧道开挖
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收稿日期:2010–04–20
250
岩土工程学报
2010 年
1 计算基本理论
有限元强度折减法是有限单元法与极限平衡分析
法的结合,不仅可以计算内力、位移、塑性区等,还
可以确定洞室的安全系数和潜在的滑裂面。
边坡稳定极限平衡方法采用 Mohr–Coulomb 屈服 准则,安全系数定义为沿滑动面的抗剪强度与滑动面
锚杆支护参数对隧道围岩稳定性影响主要采用数 值力学分析方法进行研究,因为改变锚杆支护诸参数 中任何一个参数,对隧道围岩稳定性都存在不同程度 的影响,要获得这些参数的最佳值,需要进行大量的 试验。显然,通过实测或相似材料模拟实验很难做到 这一点,相反数值力学分析方法特别适用于分析各种 因素的影响规律。为了分析锚杆支护参数对巷道围岩 稳定性影响规律,建立数值分析模型进行力学分析。
图 3 不同锚杆间距工况下围岩安全系数 Fig. 3 Safety coefficient for different anchor spacing
隧道围岩块体稳定性分析及支护对策

在块 体理论 的基 础 上开 发 的三 维 块体 分 析 软 件 , 该 程 序具有 操作 简便 、 功能齐全、 互 动性 好 等 特 点 , 目前 已 被众 多学 者接 受 和使 用 。 。U n w e d g e程 序研 究 的块
体 由 3组 结 构 面 和 隧 道 轮 廓 面 ( 临空面 ) 切割而成 。
岩体 作 为 一 种 非 均 质 介 质 , 其 间夹 杂 着 断 层 、 节 理、 破 碎带 、 软 弱夹 层 等结 构 面 , 这 些 结 构 面将 岩体 切 割成 形状 各异 、 大 小 不 均 的块 体 。 隧道 开 挖 打 破 了块
体 在 自然 状 态 下 的 稳 定 平 衡 , 进 而 引 起 隧 道 围 岩 的
1 块 体 理 论 及 Un w e d g e程 序
1 . 1 块 体 理 论 块 体 理 论 目前 已 广 泛 应 用 于 隧 道 、 地下 空间 、 边 坡
等 岩土工 程 中 。块 体 理 论认 为 , 岩体 由被 结 构 面 切割
该程 序假 定结构 面 为平 面 且 可 贯 穿 整个 研 究 岩 体 ; 只
众 多学者 研究 并发 展 了块体 理 论 , 并 将 其 应 用 于工 程
实践 一 。 本文 对 块 体 理 论 和 U n w e d g e程 序 的原 理 作 简 要 介绍 , 并将 其应 用 于莲 花 山 2号 隧道 围岩 稳 定 性分 析
关 键块 体产 生移 动后 , 可能 导致 其余块 体 的松 动 ,
6 3
1 ) 重 力 W
滑 动 方 向 为
摘 要 隧道 围岩 中的节 理和 断层将 岩体 切割 成块 体 , 人 工 开挖打 破 了块 体 的 自然 平衡 状 态 。这 些 不
隧道围岩稳定性分析与加固技术研究

隧道围岩稳定性分析与加固技术研究隧道作为地下交通工程的重要组成部分,其决定着城市交通的畅通与发展。
然而,在隧道的建设、运营及使用过程中,会因为地质条件、水文地质条件、姿态等多种因素导致围岩的不稳定性,从而引起严重的安全隐患。
因此,对隧道围岩稳定性进行分析及相应的加固技术研究,具有重要的实际意义。
一、隧道围岩稳定性分析1、地质条件及水文地质条件分析在隧道建设前,需要进行地质钻探等一系列勘探工作,获取地质、水文地质等方面的相关信息,以便为后续的设计工作提供精确的基础数据。
同时,根据不同地质条件和水文地质条件的特点,对于岩体的物理力学性质、化学特性和水文地质特征等进行分析,以提高隧道围岩稳定性预测的准确性。
2、姿态分析隧道的几何姿态是影响隧道围岩稳定性的重要因素之一。
根据隧道的设计参数和围岩的力学特性,对于姿态角、掏切比、围压大小等因素进行科学分析和提前预测。
只有将所有影响因素加以综合考虑,才能够准确预测隧道围岩稳定性,为后续的加固工作提供科学依据。
3、稳定性计算根据隧道的设计参数和围岩的力学特性,采用方法计算出隧道各截面的围岩稳定系数,确定隧道围岩的稳定性。
同时,进行有限元模拟分析,确定隧道围岩的应力状态,为后续的加固设计提供参考依据。
二、隧道围岩加固技术研究1、高压注浆高压注浆技术是目前隧道围岩补强加固技术中最常用的一种。
该技术通过向岩体内部注入一定数量的水泥浆,进而增强岩体的密实度和抗压强度,改善其力学性质,进一步提高隧道的围岩稳定性。
2、锚杆加固锚杆加固是指将钢筋或拉索预埋在洞壁内或洞壁周围的土层、岩体中,利用锚固力,将锚杆与洞壁紧密连接,从而达到加固效果。
该技术适用于较软的岩石或土壤,其不仅在岩体内部产生锚杆支撑框架,还可以增加其抗拉强度。
3、喷涂加固喷涂加固是利用喷涂机,将钢筋、混凝土等材料喷涂在洞壁上,形成喷涂墙或喷涂块,从而形成能够抗拆、抗析的加固效果。
相比于传统的加固方法,喷涂加固获得了广泛的应用,同时也逐步成为了加固技术的主要趋势。
节理特性对隧道围岩稳定性影响的研究

节理特性对隧道围岩稳定性影响的研究
王贵君;任杨茹
【期刊名称】《河北工业大学学报》
【年(卷),期】2017(046)001
【摘要】以依托隧道工程为背景,应用离散元软件UDEC建立节理裂隙岩体中的未支护隧道数值模型,研究贯通节理特性对节理裂隙岩体中隧道围岩稳定性的影向.研究结果表明,隧道围岩较大环向应力的存在有利于隧道围岩的稳定性.贯通节理的倾角和间距对隧道拱顶围岩环向应力的分布影响很大,拱顶围岩中较大环向应力的出现会在拱顶形成“压力拱”,将上覆岩层的自重荷载向隧道两侧围岩传递,从而达到“自稳”状态.节理面的抗剪强度对未支护隧道围岩的应力状态和围岩稳定性有显著影响,控制着围岩可能的破坏形态.
【总页数】5页(P103-107)
【作者】王贵君;任杨茹
【作者单位】河北工业大学土木与交通学院,天津30040;河北工业大学土木与交通学院,天津30040
【正文语种】中文
【中图分类】TU45
【相关文献】
1.不同节理倾角对红层地区偏压隧道围岩稳定性的影响 [J], 朱劲;徐幼建;许瑞宁
2.节理岩体隧道围岩稳定性离散元数值模拟 [J], 刘世超
3.考虑节理的六盘山隧道围岩稳定性研究 [J], 段隆臣;闫丰;蒲有林;谭松成
4.隧道围岩优势节理面统计及其块体稳定性分析 [J], 段群苗
5.不同节理位置及倾角对隧道围岩稳定性的影响分析 [J], 贺暄
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隧道建设中围岩稳定性与支护结构分析研究

隧道建设中围岩稳定性与支护结构分析研究隧道建设是一项复杂的工程,其中一个重要的问题是如何保证围岩的稳定性,并设计出合适的支护结构。
隧道穿越山脉和地下,需要克服围岩多变、地质构造复杂、地下水渗漏等困难,所以在隧道建设中,设计和施工要保证安全、经济,也要保证工期。
本文将探讨隧道围岩稳定性和支护结构的分析与研究,希望对相关工程师有所帮助。
1. 围岩的分类和特点根据构成岩石的不同,围岩可分为岩性岩石、软弱地层、岩层间填充杂物等。
这些围岩的特点是多变的,例如,硬岩易于开挖,但裂隙和节理和天然岩体断裂在开挖和运输过程中容易露头,而软弱地层则易于塌方和破坏。
此外,地下水也是设计和施工的一个重要考虑因素,它会影响开挖过程中的支撑结构和稳定性。
2. 围岩的稳定性分析方法为保证隧道的稳定性,需要进行围岩的稳定性分析。
围岩的稳定性主要由支护结构和围岩本身两部分构成,设计时需要考虑到两者的相互作用。
主要的稳定性分析方法包括数值模拟、物理模拟和经验公式。
其中,数值模拟是应用最多的方法之一,它能够考虑到复杂的地质情况和设计模式,提供最准确的结果。
3. 支护结构设计原则支护结构是保证隧道稳定的关键,它的设计需要遵循几个基本原则。
首先是根据地质条件和隧道剖面,确定适当的支护形式。
例如,对于高压水力隧道,需要采用防水措施;对于断层带,需要采用一定的加建支护结构等。
其次是根据隧道的功能、使用年限和工程造价,选择经济、合理的支护结构组合。
例如,可以使用钢支撑、喷锚和预应力支撑等技术,以确保支撑效果最佳、成本最小。
4. 支护结构的设计实例支护结构的设计除了从理论上制定方案,实际应用时也要考虑到实际的围岩情况,尤其是地下水的影响。
以下是常见的支护结构设计实例:4.1. 巨型控水型隧道支护结构设计该隧道全长54km,地下水位50-65m,采用了压力门式护拱、喷锚杆和泥浆墙等支护措施。
在设计中,考虑到地下水的渗漏,特别增加了一道泥浆墙,在地面上使用了高压注入仪和监测设备,确保了隧道的安全。
隧道锚杆支护研究综述

隧道锚杆支护研究综述摘要:近年来,我国的隧道工程建设有了很大进展,在隧道工程中,锚杆支护是非常重要的组成部分。
锚杆支护作为主动支护,既允许围岩的适当变形又提高了岩体的承载能力,使围岩的稳定性得到充分发挥。
文章阐述了预应力锚杆加固原理,重点关注隧道施工中锚杆支护的优化应用,并提出注意事项。
本研究可为同类工程提供借鉴。
关键词:锚杆支护;锚固机理;锚杆材料;优化应用引言近年来,国内外地下工程发展迅速,越来越多的能源、交通、矿山、水利工程在山岭地区兴建。
但地下工程施工条件复杂,支护体系要求高。
在实际施工过程中隧道围岩多因支护不善造成围岩出现大变形,引起隧道的坍塌,不但威胁到施工人员的生命安全,还造成了公共财产的损失。
锚杆支护作为一种主动支护,其允许隧道围岩出现微小变形,从而使围岩的自稳能力得到充分发挥,备受相关从业人员的青睐。
国内外学者也从锚杆材料、结构、适用性及隧道锚杆支护与优化应用等方面做了大量的研究工作。
1建模在正式开展有限元分析之前,需要选择适宜的计算参数进行有限元分析模型,这是决定有限元分析能否顺利完成的关键,必须引起相关人员高度重视,切实做好建模的工作。
而建模的过程必须得到相关数据的支持,数据是否准确也会对模型的建立及后续有限元分析造成影响。
2锚杆支护机理及特点锚杆加固是一种柔性加固技术,主要依靠锚杆与土体之间的摩擦。
锚杆支护充分利用岩土本身的承载能力保持岩体的稳定,它的本质便是经过锚固增强岩土的整体性,控制开挖后岩土的变形,防止应力突然释放。
根据不同围岩的岩层产状和稳定状况,锚杆可以采用不同的组合形式达到预期的效果。
锚杆支护理论主要有悬吊理论、减跨理论、组合梁、拱理论。
随着对锚杆作用机理以及荷载传递机理理解的深入,有学者提出了中性点理论、围岩松动圈理论。
3隧道施工中锚杆支护的优化应用3.1大断面隧道支护参数优化大断面及大埋深隧道地质环境复杂,对支护破坏严重。
在支护设计中安全系数取值偏大,不能达到最优设计目的,有必要对大断面支护设计进行分析研究。
隧道施工中的围岩锚杆支护技术和施工要点探讨

隧道施工中的围岩锚杆支护技术和施工要点探讨在隧道工程中,围岩锚杆支护技术是一项重要的工程措施。
它能够稳定围岩,保障隧道施工的安全和顺利进行。
本文将对隧道施工中的围岩锚杆支护技术和施工要点进行探讨。
一、围岩锚杆支护技术的介绍围岩锚杆支护技术是指在隧道施工过程中,使用锚杆固定围岩,增加其稳定性和承载力的一种方法。
该技术通常在施工工序中,通过钻孔将锚杆插入岩体内,并注入砂浆将锚杆与岩体连接,从而达到支护作用。
围岩锚杆支护技术的优点主要有以下几个方面:1. 提高围岩的稳定性:通过锚杆与岩体的连接,能够有效地增加围岩的稳定性,防止其塌方和滑动等不稳定现象的发生。
2. 增加围岩的承载力:围岩锚杆的使用能够增加围岩的承载力,使其能够承受更大的荷载,提高隧道的使用寿命。
3. 提高施工效率:围岩锚杆支护技术可以在较短的时间内完成施工,因此可以提高施工效率,节约时间和成本。
二、围岩锚杆支护技术的施工要点在进行围岩锚杆支护技术施工时,需要注意以下几个要点:1. 岩体质量评估:在进行围岩锚杆支护技术前,需要对岩体的质量进行评估。
通过岩体钻孔取样和岩体勘探等方式,判断岩体的结构和强度等信息,以便选择合适的锚杆规格和施工工艺。
2. 锚杆的选择和布设:根据岩体质量评估的结果,选择合适的锚杆规格,并合理布设锚杆。
锚杆的布设应考虑围岩的力学特性和工程的实际情况,保证锚杆与岩体的连接牢固。
3. 施工工艺控制:在进行围岩锚杆支护技术的施工过程中,需要严格控制施工工艺。
施工人员应按照规范要求进行孔洞钻进、锚杆安装和注浆等操作,确保施工质量和工艺效果。
4. 质量检测和验收:施工完成后,应进行质量检测和验收。
通过检测围岩的稳定性、锚杆与岩体的连接质量和注浆效果等指标,确保围岩锚杆支护技术的有效性和可靠性。
三、围岩锚杆支护技术在隧道施工中的应用围岩锚杆支护技术在隧道施工中应用广泛,特别适用于以下几种情况:1. 多裂缝、弱结构围岩:对于具有多裂缝和弱结构的围岩,采用围岩锚杆支护技术可以加强其稳定性,防止裂缝扩展和塌方。
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摘要:节理岩体隧道破坏与节理属性密切相 关.文 中 依 托 将 军 山 大 跨 隧 道,分 析 节 理 特 征 对 隧道围岩稳定性的影响,阐述节理岩 体 隧 道 围 岩 失 稳 机 理 和 锚 杆 支 护 机 理,提 出 节 理 岩 体 隧 道 锚 杆支护设计建议.结果表明,块体 塌 落 区 分 布 在 两 组 节 理 与 隧 道 相 切 形 成 的 三 角 区,为 围 岩 失 稳 关键区域;节理张开区、剪切滑移 区 由 拱 腰 延 伸 到 拱 脚、拱 肩,向 围 岩 深 部 发 展,呈 蝶 形 分 布,为 围 岩失稳潜在区域;节理岩体失稳机理为开挖应力平 衡 打 破—应 力 降 低 区 出 现—节 理 面 剪 切 滑 移— 节理面张开—块体塌落;节理 岩 体 锚 杆 作 用 机 制 为 对 节 理 面 施 加 法 向 应 力 以 增 加 节 理 面 摩 擦 阻 力 、锚 杆 轴 力 提 供 抗 滑 力 、锚 杆 抗 剪 能 力 限 制 节 理 面 相 互 错 动 .
关 键 词 :隧 道 ;围 岩 稳 定 性 ;节 理 特 征 ;锚 杆 支 护 中 图 分 类 号 :U456.3 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :1671-2668(2018)03-0169-05
岩体在生成过 程 中 经 受 各 种 复 杂 地 质 作 用,发 育 着 断 层 、节 理 和 各 种 裂 隙 ,使 其 物 理 力 学 性 质 十 分 复杂,而岩体的节理 特 性 是 隧 道 围 岩 破 坏 的 重 要 因 素.陈高奎、高 峰、赵 景 彭 等 采 用 UDEC 研 究 了 节 理岩体隧道在不同 节 理 参 数、块 体 参 数 下 的 破 坏 机 理;王余岩等采用 UDEC 分析了锚杆支护对 节 理 岩 体隧道围岩稳定性 的 影 响,验 证 了 锚 杆 支 护 的 可 行 性;索超峰、王 永 甫 等 采 用 相 似 试 验 研 究 了 不 同 倾 角 、不 同 间 距 、多 组 节 理 情 况 下 隧 道 开 挖 后 围 岩 的 塌 落 和 松 动 范 围 ,分 析 了 节 理 岩 体 稳 定 性 及 破 坏 机 理 . 目前针对节理岩体隧道失稳模式及量化的稳定性大 多从块体塑性区、变 形 角 度 进 行 分 析,事 实 上,节 理 岩体稳定性受优势 结 构 面 控 制,节 理 面 极 大 地 削 弱 了岩体力学性质及 其 稳 定 性,节 理 面 变 形 与 强 度 性 质往往对于工程岩体稳定性起着关键控制性作用. 因此,重点关注节 理 面 变 形 和 破 坏,以 块 体 塌 落 区、 节理张开区、剪切滑 移 区 作 为 表 征 节 理 岩 体 稳 定 性 判定指标更具说服力.该文以将军山大跨隧道为依 托,基于围岩 节 理 信 息 精 细 化 描 述,采 用 UDEC 离 散元软件研究节理特征对隧道围岩稳定性的影响, 分析节理岩体隧道围岩失稳机理和锚杆支护机理.
∗ 基 金 项 目 :宁 波 市 交 通 运 输 科 技 项 目 (201406);深 圳 市 交 通 公 用 设 施 建 设 中 心 交 通 建 设 工 程 课 题 (20160318002B)
170
公 路 与 汽 运 2018 年 5 月
岩体完整 性指标 - - 0.1
0.4~0.7
围岩基本 质量指标
- - ≤250 265~475
围岩 级别
Ⅴ Ⅴ Ⅴ Ⅲ~Ⅳ
采用 DQY-1地质罗 盘 仪 对 现 场 节 理 特 征(倾 角 、倾 向 、迹 长 、间 距 )进 行 采 集 ,结 合 数 据 统 计 分 析 、 地质素描(见 图 2),实 现 对 地 质 特 征 信 息 的 精 细 化 描述.隧道掌子面见图3,Ⅲ、Ⅳ 级 围 岩 优 势 节 理 分 布 特 征 见 表 2.
岩土名称
碎石土 含砾粉质黏土 强风化凝灰岩 中~微风化凝灰岩
节理发育 程度 - -
极发育 发育~较发育
表 1 将 军 山 隧 道 围 岩 分 类 及 工 程 特 征
岩石质量
纵波波速/ 饱和抗压
指 标/%
(m������s-1) 强 度/MPa
-
-
-
-
-
-
0
1910~2226
-
20~80 500~3738 25~70
图 1 将 军 山 隧 道 左 幅 洞 口 段 工 程 地 质 纵 断 面
根据 JTG C20-2011«公 路 工 程 地 质 勘 查 规 范»、JTG D70-2010«公路隧道设计细则»中的围岩 分 类 方 案 及 钻 探 与 岩 样 试 验 资 料 、地 面 调 查 资 料 、地 质 勘 察 报 告 ,结 合 工 程 经 验 ,对 隧 道 围 岩 进 行 综 合 分 级 ,结 果 见 表 1.
1 工 程 概 况
将军山隧道为分离式双向六车道大跨度隧道,
全长1375 m,净 空 断 面 宽 度 为 16.80 m,高 度 为 10.85 m.隧址区地形 起 伏 较 大,岩 石 风 化 强 烈,覆 盖层为第四系残积 土 和 坡 洪 积 碎 石、含 砾 石 粉 质 黏 土 ,下 伏 为 强 ~ 微 风 化 晚 侏 罗 统 西 山 头 组 凝 灰 岩 ,节 理断层发育.存在6条对隧道开挖有一定影响的次 级断层和节理密集 带,受 区 域 断 裂 及 次 级 断 层 的 影 响 ,隧 址 区 内 节 理 、裂 隙 较 发 育 . 图 1 为 左 幅 洞 口 段 工程地质纵断面.
公 路 与 汽 运
总第186期 Highways & AutomotiveApplications 169
将军山隧道节理特征对围岩稳定性的 影响及锚杆支护机理研究∗
谢 尚 邮1,吴 建 勋2,陈Байду номын сангаас亮2
(1.宁波市北仑区交通工程建设管理中心,浙江 宁波 315800;2.上海同济检测技术有限公司,上海 200092)
2 节 理 围 岩 失 稳 机 理 模 拟 分 析