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(jìn)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(dāng)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(yīng)采取更為安全可靠的支護(hù)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(jié)合的方法計算出隧道圍巖各力學(xué)參數(shù)的敏感度,確定影響隧道變形的主要力學(xué)參數(shù)。首先,基于正交試驗設(shè)計構(gòu)造bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的樣本,建立待反演參數(shù)與圍巖變形的非線性映射關(guān)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(xué)參數(shù)。然后,將反演得到的力學(xué)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(jié)果表明,兩者誤差較小,這說明該方法應(yīng)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(gòu)筑形式，多見于在丘陵、山區(qū)等斜坡地段，而且是鐵路建設(shè)、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(yīng)力比深埋隧道復(fù)雜。本文將對淺埋隧道穩(wěn)定性與圍巖壓力關(guān)系進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上就如何進(jìn)行施工建設(shè)，談一下自己的觀點和認(rèn)識，僅供參考。

基于正交試驗設(shè)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(jié)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(jìn)行圍巖的加固措施是經(jīng)濟(jì)合理的,而在條件很好的硬巖中再進(jìn)行圍巖加固則顯得不經(jīng)濟(jì)。

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(jié)論。

研究降雨入滲對滑坡的影響,選擇降雨強(qiáng)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(guān)聯(lián)分析方法,建立灰色關(guān)聯(lián)模型,進(jìn)行降雨入滲對邊坡穩(wěn)定性影響的敏感性分析。結(jié)果表明,降雨強(qiáng)度和降雨持續(xù)時間是主要影響因素,降雨強(qiáng)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(jìn)行邊坡優(yōu)化設(shè)計和滑坡災(zāi)害防治處理時,應(yīng)對邊坡場地周邊的降雨強(qiáng)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(guān)隧道為背景,以方形溶洞為例,運(yùn)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(jié)果表明:隨著隧道的不斷推進(jìn),右拱腳附近豎向位移和最大主應(yīng)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(yīng)及時處理。隧道圍巖位移、應(yīng)力的變化規(guī)律可為巖溶處理、支護(hù)時機(jī)提供依據(jù)。

結(jié)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(shè)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(jìn)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(shè)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(jié)構(gòu)安全度最差的階段,為了確保施工過程中的結(jié)構(gòu)安全,選擇加固圍巖的方法是工程技術(shù)人員最關(guān)心的問題之一,因此圍巖參數(shù)對結(jié)構(gòu)安全的敏感性就成了關(guān)鍵因素。針對海南工程,運(yùn)用大型通用有限元數(shù)值分析軟件(ansys),采用monte-carlo隨機(jī)有限元理論模擬,計算大斷面地下洞室多層耦合應(yīng)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(jìn)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(jìn)行分析,比較總結(jié)出影響地下洞室收斂的關(guān)鍵因素。研究結(jié)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(yù)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(yīng)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(dǎo)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(jìn)行正交試驗設(shè)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(qiáng)度參數(shù)、路堤填土強(qiáng)度參數(shù)4因素對路堤穩(wěn)定性影響的主次關(guān)系。分析結(jié)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(qiáng)度；其次，邊坡高度與路堤填土強(qiáng)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(shè)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(dāng)中。對于此類隧道,初期支護(hù)時機(jī)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(yīng)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(yīng)力釋放率情況下施加初期支護(hù)的作用效果。對淺埋偏壓隧道不同支護(hù)時機(jī)下圍巖的變形規(guī)律以及圍巖的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行了研究,初步分析了兩者與支護(hù)時機(jī)的對應(yīng)關(guān)系。

通過建立有限元、離散元兩種數(shù)值力學(xué)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(jié)果表明:在不考慮洞室形狀影響的前提下,當(dāng)圍巖按連續(xù)介質(zhì)假設(shè),且開挖后仍處于彈性應(yīng)力狀態(tài)時,單純增加隧道開挖跨度對圍巖應(yīng)力狀態(tài)影響不大;但若開挖后進(jìn)入彈塑性應(yīng)力狀態(tài),則單純加大開挖跨度會導(dǎo)致塑性區(qū)半徑大幅度增加,影響圍巖穩(wěn)定。當(dāng)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(dāng)于隧道跨度與巖塊的相對尺度增大,隧道關(guān)鍵塊體失穩(wěn)概率加大,對于相同產(chǎn)狀節(jié)理巖體,關(guān)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(yīng)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(hù)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(yīng)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(jié)果和已有的模型試驗結(jié)果相比較,論證了研究方法和結(jié)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(yīng)力鉆孔實測資料,得到了水平構(gòu)造應(yīng)力側(cè)壓系數(shù)隨隧洞埋深的變化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上,采用快速應(yīng)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(jié)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(hù)設(shè)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(yùn)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(yīng)力及塑性區(qū)、支護(hù)結(jié)構(gòu)受力的影響.計算結(jié)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(jié)構(gòu)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(jié)合目前國內(nèi)最大跨度的獨塔和雙塔自錨式懸索橋的風(fēng)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(dǎo)數(shù)等對橋梁氣動性...

我國部分高速公路建設(shè)在山地丘陵地區(qū),地質(zhì)條件極其復(fù)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(dǎo)坑法施工對圍巖變形和力學(xué)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(jìn)行了對比分析。研究結(jié)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(jì)合理的設(shè)計和施工方法提供較好的科學(xué)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(jìn)行施工力學(xué)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(yīng)力的變化情況,并將模擬結(jié)果與現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行比較.結(jié)果表明:淺埋偏壓隧道開挖后,圍巖應(yīng)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(yīng)力變化較大;鋼弦式傳感器能夠記錄圍巖應(yīng)力釋放的情況.

以一工程實例為基礎(chǔ),運(yùn)用zsoil.pcv2014有限元強(qiáng)度折減法研究邊坡在坡頂建筑物基礎(chǔ)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(guān)鍵因素及設(shè)計、施工中的注意事項。

通過曼歇2號隧道中導(dǎo)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(jié)構(gòu)類型、地質(zhì)構(gòu)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(yīng)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(yù)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(dǎo)和控制,進(jìn)而達(dá)到短期預(yù)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(jìn)行了系統(tǒng)的分析，得出了合理結(jié)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(dǎo)意義，同時也可供類似工程參考?！　?/p>