管棚预支护条件下隧道开挖面稳定的可靠度分析

为考虑土体参数的变异性对隧道开挖面稳定性的影响,基于可靠度理论,采用三维弹塑性有限元数值模拟方法,计算管棚预支护条件下隧道开挖面极限支护力;以不同工况下地层参数及其极限支护压力比作为样本,待BP神经网络训练完毕后,即可预测大量给定地层参数工况下的开挖面极限支护压力比,对其进行统计,得到概率分布特征;在理论分析的基础上,结合工程实际,建立了管棚预支护条件下隧道开挖面稳定的极限状态方程,运用粒子群优化算法,对其进行可靠度分析。研究结果表明:采用管棚预支护的隧道,开挖面支护压力存在极限值,达到该值后,增加较小幅度的支护力,就能较大程度地提高隧道开挖面稳定的可靠度。     

基于Hoek Brown强度准则深埋隧道掌子面稳定性分析*

为了研究孔隙水压力作用下深埋隧道掌子面的稳定性,构建了深埋盾构隧道的二维刚性有限平动多块体的破坏模式,并引入了Hoek Brown强度准则。利用极限分析得到掌子面前方土体的内部耗散能和外力做的功,利用Hoek Brown强度准则推导得到极限支护力的目标函数,通过MATLAB数值软件的规划求解得到支护力的解,和既有文献中的成果对比,2种方法得到解的最大误差为6.7%,验证了Hoek Brown强度准则的有效性。对各个岩体参数下深埋隧道掌子面极限支护力的变化规律进行分析,结果表明:深埋隧道掌子面前方的极限支护力随着扰动因子D和孔隙水压力系数ru的增大而增大,随着地质强度指标GSI和参数mi的增大而减小;破坏范围随着参数mi和孔隙水压力系数ru的增大而减小,而随着地质强度指标GSI和扰动因子D的增大而增大。研究结果可为岩质地层中深埋盾构隧道掌子面支护力的设计提供理论依据。     

富水软岩隧道破碎带围岩稳定性及预留变形量优化研究

为了掌握穿越富水断层破碎带隧道围岩大变形规律及改善支护参数。首先推导渗流力作用下圆形洞室弹塑性解析表达式,并且引入Caquot公式和Kastner公式,得到考虑渗流力条件下的围岩形变压力和松动压力与围岩变形之间的关系,确定围岩特征曲线。根据隧道支护方式,得到隧道支护特征曲线。并通过现场监测,验证理论分析正确性,优化破碎带围岩预留变形量值。研究结果表明：考虑渗流力、围岩塑性形变压力和松动压力共同作用下围岩变形规律与现场监测结果比较接近。考虑渗流力、围岩形变和松动压力求出的围岩压力大于不考虑渗流时得到的结果,考虑渗流力、围岩形变和松动压力时地层与支护结构达到平衡时的变形量比不考虑渗流时大0.15 m。根据围岩-支护相互作用全过程规律曲线,通过曲线交点,得到预留变形量理论值,对比隧道大变形段的监测结果,确定破碎带围岩最优预留变形量为300 mm。研究结果能准确表征渗流效应、围岩形变和松动压力对富水软弱破碎带围岩大变形影响规律,对类似工程的支护设计优化有明确的指导意义。     

软弱破碎地层盾构隧道施工开挖面力学行为分析

随着城市地下空间的急剧扩张,大直径深埋盾构隧道越来越普遍的应用到软弱破碎地层开挖施工中。目前大多数的研究方法都是针对隧道掌子面附近土体为均质土提出的。本文结合工程实例利用Flac 3D模拟不同工况条件下软弱破碎围岩隧道开挖面施工过程,研究在软硬不均地层条件下掌子面附近围岩应变随支护力变化的规律以及土体失稳的形式。发现地层土体变形规律与软土层厚度有关,软弱土层夹杂硬土层所需极限支护压力更大,在施工过程中穿越软弱土层夹杂硬土层时需要加强监控量测。     

小导管预支护作用机理与效果分析

小导管预支护是隧道施工中常用的一种超前支护技术。对小导管预支护加固机理和作用效应进行分析,通过建立预支护系统的串、并联模型,明确了小导管预支护各单元间的相互关系,采用FLAC三维数值模拟方法对小导管预支护效果进行分析,通过比较不同工况对拱顶竖向位移的影响,表明小导管注浆预支护在控制拱顶沉降、维持围岩稳定上发挥了重要作用。     

考虑动态施工超长管棚预支护力学特性及参数影响分析*

为研究复杂地层超长管棚随动态施工的力学特性和管棚合理化参数,依托某下穿高速公路浅埋暗挖隧道工程,采用数值法进行三维动态建模分析。研究结果表明:管棚挠度曲线呈鱼腹形,拱顶部和拱腰管棚最终稳定在10.7,2.9 mm;管棚各测点轴力经历由受拉到受压的变化过程,通过各测点后受压区轴力逐渐减小,拱顶部动态响应更明显;管棚弯矩集中于掌子面前后方区域,随开挖面推进,弯矩作用范围逐渐向前扩张,最大弯矩发生在洞口套拱处;通过参数影响分析,当采用短进尺开挖时,管棚直径取129~159 mm、间距为0.4~0.5 m、注浆区厚度为0.4~0.5 m时可确保上方高速公路安全。研究结果可为类似工程施工和设计提供参考。     

大跨径公路交叉隧道施工安全性研究

为研究大跨径近接隧道交叉段施工安全性,基于围岩评级系统和地质探测方法,确定围岩力学参数,将量化指标参数转化为Hoek-Brown强度参数。采用FLAC3D软件计算下行隧道不同开挖方式对上行隧道的影响,并监测下行隧道围岩及上行隧道路面的变形特性。研究表明:采用围岩评级系统和地质预报相结合的方法获得的围岩地质参数,计算结果与现场实测结果吻合;通过对上行隧道公路路面沉降和下行隧道拱顶下沉、围岩压力的监测可知,采用7步开挖方法能够保证交叉隧道围岩的稳定性,监测数据均未超过支护结构的极限承载范围。     

大跨度公路隧道洞口段爆破对高边坡安全影响研究

为研究大断面公路隧道洞口段爆破开挖对边坡稳定性的影响,以某公路隧道洞口段工程为研究背景,基于Abaqus有限元软件,建立隧道—边坡三维数值计算模型,研究隧道洞口段爆破开挖对两侧高边坡安全性的影响,并分析砂浆锚杆对边坡的加固效果。结果表明:隧道洞口段爆破开挖施工时边坡坡脚处围岩振速最大,爆破对边坡水平振速影响较竖向振速及轴向振速更为显著,爆破时应控制坡脚及坡肩的水平振速;边坡坡面最大振速出现在洞口边坡坡面与仰坡坡面交线位置,边坡坡面与仰坡坡面交线上顶点为坡肩振速最危险的特征点,下端点为坡面振速最危险的特征点;增加锚杆长度对边坡水平位移的控制效果较竖向位移更为显著,锚杆长度宜取14 m。研究结果可为类似工程提供理论借鉴。     

盾构隧道动态施工诱发地面沉降试验研究

为准确预测盾构隧道动态开挖引起的地层变位,采用自行研制的室内模型试验装置对不同地层损失率条件下砂土中盾构隧道动态开挖进行室内模型试验。研究结果表明:不同地层损失率条件下,盾构开挖面超越监测断面将引起天然砂土地面沉降陡增,其增幅随地层损失率增大而增大;当开挖面超出监测断面约2倍隧道直径时,砂土地面沉降随盾构推进趋于稳定,且稳定砂土地面沉降槽宽度随地层损失率增大而减小。     

基于流固耦合理论下不同开挖方式的位移影响分析——以阿嘎下隧道为例

针对富水区阿嘎下隧道穿越断裂活动带的工程地质和施工特点,采用有限元midas GTS NX,建立基于不同开挖方式下的阿嘎下隧道模型。对比考虑流固耦合作用下的围岩位移,研究表明:对于3种开挖方式,当开挖间距不变时,随着注浆圈从0.1d增至0.5d(d为隧道净宽),地表沉降量减小;当注浆圈不变时,随着开挖间距从1d增至5d,地表沉降量减小。考虑渗流作用对围岩地表沉降的影响,建议类似阿嘎下隧道工程采用环形开挖预留核心土法,开挖间距为3d、注浆圈为0.3d较合适;对比不同开挖方式下0.3d注浆圈和3d~4d开挖间距导致的沉降量,结果表明CRD开挖法引起的地表沉降量最小,环形开挖预留核心土法沉降量最大。     

某铀尾矿库地震和渗流耦合作用下稳定性研究

为了研究某铀尾矿库在不同工况下渗流流态和安全系数,以南方某铀尾矿库为对象,耦合GEO-Studio软件中SLOPE/W和SEEP/W模块,并利用极限平衡理论模拟研究了不同工况下坝体渗流流态和安全系数。结果表明:水流主要通过尾粉土层流过尾矿坝,使水力坡降主要集中在初期坝坡前底部;随着水位上升,坝体中水力等势线越来越稀疏,同时尾矿坝3个渗流截面流速加大; 6~9度地震烈度激励下,尾矿坝安全系数维持在1.23~0.91之间,不能满足规程要求。建议初期坝坡坝底埋设排水管,减小水流对初期坝压力,同时对尾矿坝,特别是尾粉土层进行灌浆加固,提高尾矿坝稳定性。     

基于FTA的运营隧道衬砌渗水原因分析及预防

隧道衬砌渗水已成为影响运营隧道结构强度和稳定的关键因素。为了能在运营隧道的日常管理与维护过程中有效预防运营隧道衬砌渗水的发生,从隧道运营管理与维护的角度,运用事故树分析法较为系统、全面地分析得出了运营隧道衬砌渗水的11个基本原因和8个理论预防方案。通过综合比较分析,提出了“有效泄压”和“及时检测修复裂缝”2个预防运营隧道衬砌渗水的可行方案,并相应地给出了各可行预防方案的具体措施。针对不能从本质上解决隧道衬砌裂缝的情况,指出加强运营隧道衬砌渗水检测与预警技术的研究和应用,是实现有效预防运营隧道衬砌渗水的必要途径。     

坚硬顶板煤层一次采全高矿压显现规律研究

大采高综采技术是厚煤层开采工艺的重要发展方向,越来越多的被采用,矿压事故在矿山生产安全事故中占有较大比例,有效掌握矿压规律,采用合理生产工艺是采矿生产过程中必须认真考虑的问题。大采高综采工作面采场顶板跨度大、高度高,矿山压力复杂,矿压显现规律特殊,管理难度大。针对某煤矿9、10号煤层大采高综采工作面顶板坚硬特性,为掌握类似地质条件下大采高工作面矿压显现规律,作者从理论分析入手,采用相似模拟实验方法,经过对模拟实验数据进行研究分析,得出了本矿区特定坚硬顶板条件下大采高工作面矿压显现规律,认为类似地质条件大采高工作面,顶板垮落易造成动力冲击,顶板破坏形式主要是拉断和剪断,最大压力值发生在工作面中部前方,采空区积水的影响情况和地表的沉陷状况,还需通过其他方法进行进一步的分析、论证,提出了针对类似围岩条件采煤工作面的安全技术和管理措施。     

沿空留巷直接顶稳定性突变分析及其控制

保持直接顶稳定,降低其突变所引起的危害是沿空留巷顶板控制的关键。基于沿空留巷直接顶力学模型,采用能量平衡分析法,建立直接顶突变的燕尾突变模型。结合某工程实例,阐述沿空留巷直接顶稳定性突变机理,分析巷帮煤体支撑力、巷内支护阻力、充填体支撑力对直接顶稳定性突变的影响。实践表明,增加工作面超前加固范围,巷内支护采用高预应力强力锚杆与锚索等主动支护,巷旁采用膏体充填,能够提高充填体早期强度,延缓直接顶稳定性突变的发生和减轻突变发生的烈度。     

浅埋煤层长壁工作面矿压显现规律现场监测研究

浅埋条件下的煤层开采,受上覆岩层移动影响而呈现与深埋煤层明显不同的特征.本文以神府矿区某矿1301工作面矿压观测为工程背景依托,应用“三量法”对工作面矿压显现规律进行研究,以工作面三个测区支架荷载和活柱下缩量为重点分析.研究表明:该工作面来压动载系数为1.5 -1.6,来压期间支架压力比平时大1- 13MPa;初次来压持续时间长,初次来压步距在55.9-56.3m,三个测区的周期来压步距为14.6 - 17.6m;且三个测区观测表明:中测区由于受工作面两侧煤壁影响较小,矿压显现程度同上下测区比较明显.     

梁锚结构加固浅埋隧道洞口软弱地层的承载特性研究

针对隧道洞口埋深浅且软弱围岩稳定性差这一问题,提出在地表增设混凝土框架梁,设置扩大头锚杆与框架梁连接并深入软弱围岩,运用数值模拟分析“混凝土框架梁-扩大头锚杆”结构加固软弱地层后的力学特性。研究结果表明：采用“混凝土框架梁-扩大头锚杆”加固隧道洞口软弱地层,k=0.4时,相比于没有加固对照模型,隧道最大拱顶沉降值下降68.7%,隧道最大边墙收敛值下降15.1%,初期支护最大等效应力减小12.7%;建立不同加固区围岩松动压力分散系数k下的数值模型,通过拱顶沉降结果与加固区围岩松动压力分散系数的线性拟合,提出采用加固结构后的隧道拱顶沉降规律与围岩松动压力计算方法。     

基于COMSOL的采空区埋管抽采参数优化数值研究

针对回采工作面上隅角瓦斯浓度超限问题,提出了回采工作面采空区埋管抽采的方法。以保德煤矿81307工作面为研究对象,运用数值模拟软件COMSOL模拟采空区无抽采和不同抽采参数条件下工作面内瓦斯分布规律,研究埋管抽采参数对上隅角瓦斯浓度的影响规律,确定最佳的采空区埋管抽采参数。同时进行现场抽采参数优化试验,对瓦斯浓度进行监测,研究结果表明:合适的布置间距、抽采负压和抽采流量能够有效解决上隅角瓦斯超限问题,试验期间内,上隅角瓦斯体积分数最大为0.74%,进风流中瓦斯体积分数最大为0.2%,工作面风流中瓦斯体积分数最大为0.45%,回风流中瓦斯体积分数最大为0.5%,均没有超过安全标准。