山岭隧道围岩监测及Ⅳ级围岩变形规律模拟研究

为准确掌握某山岭隧道开挖后围岩水平收敛、拱顶下沉及衬砌受力特点,基于隧道围岩变形和应力监测结果,提出了该山岭隧道施工监测技术要点,得到了Ⅲ、Ⅳ级围岩的位移和衬砌受力变化规律;并采用FLAC软件对该山岭隧道Ⅳ级围的变形进行了数值模拟,数值计算的位移值与实测值较吻合,表明该数值模型可应用于隧道开挖过程实时仿真,指导现场施工监测工作,保证施工作业安全。     

基于流固耦合效应的水下盾构隧道围岩稳定性研究

为研究考虑流固耦合效应下水下盾构隧道施工期围岩稳定性,以太原地市轨道交通2号线下穿河底区间段为工程背景,研究采用数值模拟和监控量测相结合的方法,基于应力场与渗流场耦合机理,运用Flac3D数值软件建立三维数值模型,分析了盾构隧道施工过程中围岩应力场、围岩渗流场、围岩位移场的分布特征。研究结果表明：盾构隧道开挖贯通后,围岩竖向应力场在隧道周边呈漏斗状分布,且最大值分布在隧道拱底处;盾构隧道的掘进开挖对位移场的影响范围由拱底逐渐向河底下扩展,且在两隧道中部沉降变形出现叠加现象;在隧道施工过程中应重点监测隧道拱腰两侧水压变化,防止发生涌水;地表沉降曲线实测结果与数值模拟计算结果大致吻合,研究结果可为水下盾构隧道施工安全提供设计理论依据提和支持。     

公路隧道周边围岩稳定位移概率分析

针对于公路隧道采用单纯回归分析建立极限位移预测模型及围岩稳定性判据不确定引起施工过程中围岩变形难管理现状,提出了稳定位移概率判定隧道围岩的稳定性及其模型计算方法。通过设计参数及回归分析对比确定了极限位移,并结合位移量测随机性确定了相对位移概率分布函数。结合山西石盘头隧道实际工程应用,从而为根据某量测点累计位移判定公路隧道稳定性提供了参考。     

盾构施工注浆压力引起的土体变形计算分析

为了建立盾构施工同步注浆压力引起的土体变形模型,采用半无限弹性体内圆孔受内压扩张模型等效求解土体在注浆压力作用下的变形问题,借助镜像法和应力函数法推导了注浆压力引起的周围土体应力和变形解析公式。同时分析得出隧道上覆土体竖向位移随埋深增大而增大,隧道两侧土体水平位移随埋深先增大后减小的土体规律。     

多隐伏溶洞对隧道围岩稳定性影响的数值模拟分析

以德寨隧道为工程背景,对隧道拱顶与左边墙存在隐伏溶洞时围岩的应力和位移进行了数值模拟计算分析,结果表明:与无溶洞相比,隧道围岩的应力和位移都受到明显影响;拱顶及靠近溶洞一侧的拱脚水平应力增加最为明显,拱腰出现竖直应力集中,水平位移值增大2~3倍;通过对德寨隧道现场监测数据分析,验证了模拟结果的合理性,对相似工程的设计、施工和监测具有参考意义。     

沥青混合料静载蠕变性能试验研究

车辙主要产生于高温时沥青混合料的永久变形,提高混合料高温稳定性是增强沥青路面抗车辙性能的有效技术措施。基于此,对沥青混合料进行了不同温度及荷载水平下的单轴静载蠕变试验,分析了温度和荷载水平对沥青混合料蠕变特性的影响,并应用Burgers模型对试验进行了模拟。该试验结论指出,Burgers模型可较好地模拟蠕变试验的蠕变柔量曲线,并使用粘弹性理论分析了影响沥青混合料热稳定性的因素。该研究成果可为设计抗车辙沥青混合料提供有价值的参考。     

沥青混合料静载蠕变性能试验研究

车辙主要产生于高温时沥青混合料的永久变形，提高混合料高温稳定性是增强沥青路面抗车辙性能的有效技术措施。基于此，对沥青混合料进行了不同温度及荷载水平下的单轴静载蠕变试验，分析了温度和荷载水平对沥青混合料蠕变特性的影响，并应用Burgers模型对试验进行了模拟。该试验结论指出，Burgers模型可较好地模拟蠕变试验的蠕变柔量曲线，并使用粘弹性理论分析了影响沥青混合料热稳定性的因素。该研究成果可为设计抗车辙沥青混合料提供有价值的参考。     

DGJ方法在求解一类非线性分数阶平流方程的应用

用DGJ方法得到一类非线性时间分数阶平流方程的近似解析解。     

分数阶偏微分方程对广义二维微分变换法的运用

分数阶偏微分方程的解析近似解的问题是当前数学领域中的一个研究热点,并且已经出现了一些比较有效的算法。本文借助数学软件Maple,将广义二维微分变换法应用于三种分数阶偏微分方程中,这三种分数阶偏微分方程分别为时间分数阶偏微分方程、空间分数阶偏微分方程和时空分数阶偏微分方程。通过详细的运算过程,能够获得这三类分数阶偏微分方程,验证了广义二维微分变换法在计算分数阶偏微分方程方面的有效性,从而表明了广义二维微分变换法能够计算比较复杂的分数阶偏微分方程。     

高拉拔荷载作用下浅埋隧道的变形规律及稳定性分析

浅埋隧道地质具有复杂性条件,支护形式如果选取不当,容易发生塌方等事故。由于隧道受力分析具有较多不确定的因素,较难把握。对高拉拔荷载作用下浅埋隧道的变形规律及稳定性进行分析。结合浅埋隧道进行监控量测的资料,利用对数函数进行回归方程分析,以某市浅埋隧道作为研究的对象,构建隧道施工工程实际地形、地质的有限元数值模型,对隧道开挖施工力学模拟进行分析,得出浅埋隧施工围岩变形的规律。对隧道施工路径地层稳定性进行研究,对岩土、隧道施工地层的应力场、支护结构以及位移场进行计算。结果表明,围岩整体水平位移呈现非对称的分布,该研究对浅埋隧道施工与设计具有指导意义。     

利用有限元法测算隧道安全

隧道开挖是一个复杂过程,具有过程的属性。伴随着开挖的进行，开挖区域的边界也随着变化。围岩应力的调整忍能量的耗散与支撑的架设时间及刚度、地层的结构及性质等息息相关。利用有限元法对开挖过程进行模拟，可对开挖、支护交替进行的介质中的应力场和位移场求得近似解，从而对开挖及支护的安全性进行测算，指导施工并对施工参数及时进行调整。     

人工冻结地层中圆形隧道的瞬态响应研究

城市地铁隧道穿越流砂层时常采用人工冻结法施工,土体冻结后强度提高,阻断了地下水流,有利于隧道施工。人工冻土是固相、液相和冰组成的多相体,本文考虑了固相、冰与液体的相互作用,采用双固相饱和多孔介质理论研究冻土中的圆形盾构隧道的动力响应问题。依据轴对称平面应变模型,采用积分变换和分离变量法求得了频域响应的解析解,并通过拉氏逆变换获得梯级加荷情况下的隧道时域响应。当冻土的温度接近于冻结点时,与饱和土中圆柱形空腔对比表明,该解与饱和土中圆形隧道的解能较好地吻合。计算结果表明：对于孔壁不透水情况,梯级荷载下隧道的径向位移随径向距离加大而减小;随着温度的降低,冻土强度提高,孔壁处径向位移减小,位移在外荷载作用下增长速率加大;随着渗透系数增加,隧道的径向位移略有减小。该结果对于地铁隧道的冻结法施工具有重要的应用价值。     

基坑开挖与紧邻地铁隧道相互影响研究

深基坑开挖卸载导致周围土体初始应力状态改变,进而引起周边土体应力场和位移场的变化,对相邻地下结构有显著的影响。本文基于实际工程案例,使用有限元分析软件模拟整个施工过程,研究了基坑开挖与相邻地铁隧道的相互影响。根据数值模拟结果对基坑和地铁隧道进行了安全性评价。结果表明：基坑开挖对地铁隧道的影响与基坑和地铁之间的距离密切相关,地铁左线的位移大于地铁右线位移;隧道监测点水平位移和垂直位移变化基本一致,隧道的水平位移比垂直位移沉降位移大;基坑开挖对地铁隧道衬砌的轴向力和弯矩影响很小,同时基坑开挖引起的隧道结构最大水平、竖向位移均小于规范规定限值。研究成果为紧邻隧道的深基坑工程设计提供有效参考。     

偏压高铁隧道施工监测与有限元仿真

利用现场实测和有限元仿真的方法研究了偏压高铁隧道施工后的位移应力变化。现场实测中,在每个断面布置7个测点,测量断面间距为10 m,获得了第一手的现场实测数据,在隧道施工过程中提供实时的监控依据。利用专业网格划分软件Hyper Mesh和大型通用有限元软件ABAQUS建立了偏压地形-隧道衬砌的高仿真有限元模型,对隧道开挖后的应力场和位移场进行了模拟。模拟结果显示,偏压隧道呈现位移场和应力场不对称分布的特点,总的来说,埋深较大的位置沉降大。有限元模拟结果与实测的结果吻合,能很好地为实际施工给出指导作用。     

偏压高铁隧道施工监测与有限元仿真

利用现场量测和有限元仿真的方法研究了偏压高铁隧道施工后的位移应力变化。现场实测中,在每个断面布置7个测点,测量断面间距为10m,获得了第一手的现场实测数据,在隧道施工过程中提供实时的监控依据。利用专业网格划分软件Hyper Mesh和大型通用有限元软件ABAQUS建立了偏压地形-隧道衬砌的高仿真有限元模型,对隧道开挖后的应力场和位移场进行了模拟,模拟结果显示,偏压隧道呈现位移场和应力场不对称分布的特点,总的来说,埋深较大的位置沉降大。有限元模拟结果与实测的结果吻合,能很好地为实际施工给出指导作用。     

简谐振动下黏弹性土中衬砌的动力特性

考虑土骨架和衬砌结构的动力相互作用,在频率域内研究了黏弹性土中衬砌结构的动力特性。根据黏弹性理论,把土骨架和混凝土衬砌视为饱和多孔黏弹性介质,通过引入势函数得到了简谐荷载作用下土骨架和衬砌的位移、应力的解析表达式。将衬砌结构等效为具有分数阶导数本构关系的黏弹性体,根据黏弹性理论推导了衬砌的简谐振动响应的完全解析解。根据界面连续性条件,确定了待定系数的具体表达式。将不同类型的黏弹性简谐动力响应进行了对比,并考察了分数导数本构参数、土体和衬砌结构各参数对系统动力特性的影响。结果表明:衬砌结构的黏性对系统动力响应有显著影响。随着衬砌厚度的增加,衬砌结构振动响应幅值减小;随着阶数的增加,系统共振效应逐渐减弱;随着材料参数T_σ/T_ε比的增加,系统响应幅值减小。     

近距离穿越运营公路隧道施工工法优选研究

近距离穿越运营公路的隧道施工难度大,既要保证隧道本身的安全稳定,又要控制上覆道路路面的沉降,保证运营公路正常通行,在此类工程中选择合理工法尤为重要。结合实际工程,采用有限元方法对近距离穿越运营公路隧道的5种施工工法(环形开挖留核心土法、台阶法1、台阶法2、两侧导洞法和CD法)进行了模拟研究。研究表明施工工法对于隧道围岩位移、路面沉降、沉降槽宽度等有较大影响。从路面沉降、围岩位移、路面沉降槽宽度等方面对这5种工法进行了比较,建议采用CD法或者台阶法1施工。     

侧方近接溶洞对隧道影响的数值模拟研究

以千岛湖引水工程为背景,利用Abaqus有限元软件针对不同接触段长度、不同围岩等级的隧道与溶洞建立模型,得出了隧道断面不同位置的位移、应力,从拱顶沉降、洞周收敛、拱腰内外壁应力等多个方面对比。结果表明,随着接触段长度的增加,拱腰衬砌的应力、位移显著增加,应力集中现象明显,且在较弱的围岩条件下增长幅度更大。     

不同形式单侧壁扩建下在建隧道受荷差异性研究

不同形式的扩建方式是影响隧道施工经济安全的关键技术问题,为研究不同形式下单侧壁扩建方式对在建隧道围岩受载特征的影响,通过结合实测数据与数值模拟相结合的手段,揭示了在建隧道全状态下围岩体结构的形变特征规律,并定量刻画了不同方式、不同距离下在建隧道开挖支护形式的力学特征,探明确定最优的施工方案。研究结果表明：(1)在建隧道扩建区段内,围岩体产生的变形偏压量数值上整体增幅85%左右,拟建区段内,水平位移增幅较竖向位移增幅大20%左右;(2)基于单侧壁台阶法开挖形式,循环距离每增加0.5 m,围岩体结构变形增幅在5%～20%左右;(3)开挖循环间距为4 m时是单侧壁全断面开挖法的最优施工距离。     

水平互层岩体隧道稳定性数值分析

为了研究水平软硬互层岩体隧道开挖后围岩稳定性与层厚之间的关系,采用有限差分法软件FLAC2D对不同层厚条件下水平软硬互层岩体隧道开挖进行了数值模拟,分析了水平软硬互层岩体隧道开挖后围岩的变形规律和应力变化特征。结果表明:当开挖跨度相同时,随着层厚的增加,隧道围岩塑性区、隧道顶板下沉量和最大主应力均出现逐渐减小的趋势。