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Ⅴ级围岩全断面扩挖隧道的二次衬砌支护时机
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作者 杨俊 秦艺源 +2 位作者 谢支钢 丁雪菲 梁勇 《江苏大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期205-211,共7页
为了研究既有Ⅴ级围岩隧道扩挖的二次衬砌支护时机,利用Midas GTS有限元数值模拟方法,建立有限元数值模拟模型,引入荷载释放率和位移释放率的概念,结合木鱼槽隧道扩挖工程实例,将数值模拟数据与监控实测数据进行对比分析.研究结果表明:... 为了研究既有Ⅴ级围岩隧道扩挖的二次衬砌支护时机,利用Midas GTS有限元数值模拟方法,建立有限元数值模拟模型,引入荷载释放率和位移释放率的概念,结合木鱼槽隧道扩挖工程实例,将数值模拟数据与监控实测数据进行对比分析.研究结果表明:相较新建隧道,既有隧道扩挖过程中变形量较小,且变化速率较慢;随着掌子面的不断向前推进,荷载释放率和位移释放率均不断增大,并最终达到稳定;随着二次衬砌荷载承担比例的增大,拱顶沉降和水平位移均有一定程度的减小,证明在隧道扩挖过程中,二次衬砌的提前施作有利于控制围岩变形;衬砌施作完成后变形仍会继续发生,需要后续的监控数据及时进行反馈,以保证隧道安全,同时还可以得到既有公路隧道扩挖过程中的以荷载释放率和位移释放率为控制指标的二次衬砌合理支护时机. 展开更多
关键词 隧道 全断面扩挖 二次衬砌施作时机 围岩变形 数值模拟
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竖井井壁结构设计理论研究现状及发展趋势
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作者 陈弦 张基伟 +4 位作者 张佳鑫 吴卫东 潘锋 张叔胤 张忍杰 《金属矿山》 北大核心 2025年第5期32-50,共19页
随着我国深部矿产资源开发需求的不断增加,竖井井壁结构设计理论面临着严峻的挑战。尤其是在千米级深井建设中,传统设计理论的滞后性与复杂的地质条件之间的矛盾日益突出,亟需进行系统的理论研究与技术创新,以满足深部资源开发的实际需... 随着我国深部矿产资源开发需求的不断增加,竖井井壁结构设计理论面临着严峻的挑战。尤其是在千米级深井建设中,传统设计理论的滞后性与复杂的地质条件之间的矛盾日益突出,亟需进行系统的理论研究与技术创新,以满足深部资源开发的实际需求。系统梳理了单层、双层及复合井壁结构的发展历程,深入分析了其在不同地层环境下的力学响应特征。在此基础上,总结了传统井壁结构在深部高地应力、高渗透水压及高温耦合作用下的失效机制,并进一步揭示了井壁—围岩相互作用机理。通过构建多参数耦合的井壁厚度优化计算模型,定量评估了埋深、围岩强度等关键参数对承载力的影响,明确指出了传统设计在千米级深井中安全冗余不足的问题。基于上述研究,提出了多维参数耦合分析模型,将地质受力评估、结构体系优化与井壁设计理论有机结合,为适应深部复杂地质条件提供了新型结构优化方案。同时,通过对比分析了国内外竖井井壁设计规范中载荷结构法的理论体系及其工程适用性,系统探讨了各规范基于厚壁圆筒理论的差异化设计准则。总结了拉麦公式在浅层匀质岩体中具有普适性,但在深部复杂地质条件下存在显著局限;多姆克公式虽然改进了冻结壁厚度计算方法,但是其结果与实际工程需求存在深度悖反现象;包神公式引入流固耦合作用机制,实现了技术突破;锚注结构衬砌支护公式通过预锚注技术实现围岩—支护协同承载,为千米级深竖井设计提供了创新路径和理论框架。研究表明:(1)相较于传统圆形断面,椭圆形竖井在深部建井工程中展现出显著的稳定性优势,其特有的应力重分布特性可有效降低岩爆等动力灾害发生概率。(2)现有井壁稳定性理论体系在千米级以浅竖井工程中已初步验证有效,但在千米级以深竖井应用中尚未系统涵盖高地应力与温度应力的多场耦合效应,在结构参数动态优化、非均匀地质适配及深部多场耦合效应解析精度等方面存在亟待突破的技术瓶颈。(3)现行井壁设计规范提高了竖井井壁的安全性能,可为高水压环境下的支护设计与施工提供指导。(4)通过构建考虑围岩—支护动态响应的预锚注初期支护力学模型,建立了基于三维数值仿真的锚注结构衬砌支护理论体系,为深部复杂地层支护设计提供了理论基础。在上述分析的基础上,剖析了深竖井工程在超2000 m深度面临以下挑战:传统理论难以解析高水压、高地温和复杂应力的耦合效应;二维模型在三维应力场中的精度不足;化学腐蚀导致的材料劣化缺乏完善的评价体系。“十五五”乃至更长一段时间内,竖井井壁结构设计的研究应聚焦于以下方面:研发自适应应力调控与纳米复合增强材料;构建数字孪生平台,实现全生命周期管控;推动低碳化转型,推广3D打印再生混凝土技术;突破深部恶劣环境下的长效服役技术,开发多层梯度复合材料井壁,并优化椭圆形井壁的应力调控机制,提升极端条件下井壁的耐久性和可靠性。上述分析对于破解深部竖井工程中高地应力、高温、高水压多场耦合作用下的井壁失效难题具有参考意义。通过建立多维参数耦合分析模型及新型复合井壁技术体系,为千米级深井井壁结构设计提供了理论基础。 展开更多
关键词 井壁结构 围岩荷载 水平地压理论 井壁与围岩相互作用 井壁厚度设计规范 椭圆形井壁
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利用HHO-LSTM-SVR模型预测TBM掘进参数
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作者 满轲 曹子祥 +2 位作者 刘晓丽 宋志飞 刘汭琳 《铁道标准设计》 北大核心 2025年第8期123-132,共10页
针对单一模型对TBM掘进参数预测准确度低、泛化性低等问题,利用改进最小二乘法集成哈里斯鹰优化(HHO)算法优化的长短期记忆(LSTM)网络和支持向量机回归(SVR)算法,构建一种实现TBM掘进参数高精度智能预测的混合模型(HHO-LSTM-SVR模型)。... 针对单一模型对TBM掘进参数预测准确度低、泛化性低等问题,利用改进最小二乘法集成哈里斯鹰优化(HHO)算法优化的长短期记忆(LSTM)网络和支持向量机回归(SVR)算法,构建一种实现TBM掘进参数高精度智能预测的混合模型(HHO-LSTM-SVR模型)。利用HHO-LSTM-SVR模型进行不同隧道围岩等级TBM掘进参数预测,并选择哈里斯鹰优化算法优化的GRU模型和BP模型与HHO-LSTM-SVR模型进行预测误差对比分析,最后采用灰色关联度分析方法计算预测模型输入变量对输出变量的重要性。结果表明:隧道围岩等级越高,掘进参数的预测精度越高,Ⅱ级围岩各掘进参数平均相对误差绝对值为0.01,而Ⅳ级围岩为0.05;推力、转速和扭矩的预测精度相对较高,施工速度的预测精度最低;HHO-LSTM-SVR模型预测结果平均相对误差绝对值比各单一模型小57.68%,各单一模型预测性能相较于HHO-LSTM-SVR模型更低;TBM掘进不同等级的隧道围岩时岩机相互作用规律存在较大差异;利用改进最小二乘法集成组合2个单一模型可以有效提高模型预测准确度、泛化性和鲁棒性。 展开更多
关键词 TBM 掘进参数 隧道围岩等级 岩机相互作用规律 HHO-LSTM-SVR模型
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基于数值仿真的超大断面扁平结构隧道洞口偏压优化分析
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作者 孟陈祥 林厚权 +2 位作者 李响 陈国政 刘建坤 《黄金科学技术》 北大核心 2025年第1期159-172,共14页
针对超大断面扁平结构矿山法公路隧道洞口段偏压问题展开研究,利用数值仿真技术对所提出的反压回填加固方案进行分析,且在数值模型中考虑了双线隧道不同开挖顺序对偏压问题的影响。数值仿真结果表明:反压回填能够有效解决浅埋偏压隧道... 针对超大断面扁平结构矿山法公路隧道洞口段偏压问题展开研究,利用数值仿真技术对所提出的反压回填加固方案进行分析,且在数值模型中考虑了双线隧道不同开挖顺序对偏压问题的影响。数值仿真结果表明:反压回填能够有效解决浅埋偏压隧道的拱顶塌落、不均匀沉降、水平变形大和不对称应力分布等问题,验证了反压回填方案的可行性。综合评价结果表明:反压回填后先开挖深埋侧隧道对围岩变形的影响更小。在此基础上,结合现场施工方案深入分析了超大断面扁平结构隧道的围岩应力分布特征,现场施工监测数据与数值模拟结果具有较高的匹配度,验证了数值模型的准确性,以及所提出优化施工方案的可行性。该研究结果可为超大断面扁平结构隧道洞口偏压段的设计和施工提供理论支撑和参考。 展开更多
关键词 超大断面 扁平结构 双线隧道 洞口偏压 软弱围岩 数值模拟
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Analytical solution of a circular lined tunnel with alterable mechanical property under hydrostatic stress and internal pressure 被引量:4
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作者 DU Jian-ming FANG Qian +1 位作者 WANG Gan WANG Jun 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第8期2757-2770,共14页
The influence of the interaction between surrounding rock and lining on the long-term behaviour of a tunnel in service is significant.In this paper,we proposed a mechanical model of the circular lined tunnel with the ... The influence of the interaction between surrounding rock and lining on the long-term behaviour of a tunnel in service is significant.In this paper,we proposed a mechanical model of the circular lined tunnel with the alterable mechanical property under hydrostatic stress and radially inner surface pressure of the lining.The alterable mechanical properties of the surrounding rock and the lining are embodied by the changing of their elasticity modulus with service time and radial direction of the tunnel,respectively.The proposed mechanical model is successfully validated by comparison with the existing theoretical models and the numerical simulation,respectively.The influences of the main parameters of the proposed mechanical model,such as the radial power-law indexes and the time-varying coefficients of the surrounding rock and the lining,as well as the radially inner surface pressure of the lining,on the interface displacement and pressure between surrounding rock and lining are investigated.The research results can provide some valuable references for timely diagnosis and correct evaluation of the long-term behaviours of a tunnel in service. 展开更多
关键词 lined tunnel theoretical model surrounding rock mechanical property
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深部软岩巷道围岩与锚喷U型钢支护结构相互作用研究 被引量:7
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作者 孟庆彬 宋子鸣 +4 位作者 刘滨 黄炳香 浦海 王从凯 辛学奎 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期23-36,共14页
收敛-约束法(特性曲线法)是将理论解析、现场实测、工程经验相结合的一种地下工程结构设计方法,是目前分析围岩-支护相互作用关系及开展支护优化设计的常用方法。基于收敛-约束法的基本原理,总结给出了经典的支护特征与支护结构变形方程... 收敛-约束法(特性曲线法)是将理论解析、现场实测、工程经验相结合的一种地下工程结构设计方法,是目前分析围岩-支护相互作用关系及开展支护优化设计的常用方法。基于收敛-约束法的基本原理,总结给出了经典的支护特征与支护结构变形方程,理论计算获得了喷射混凝土、锚杆(索)、U型钢支架等支护结构的支护特征曲线,分析了支护结构的几何尺寸(直径、长度)、间排距、材料强度等参数对支护压力的影响特征;随着喷射混凝土厚度及强度等级的增加,喷射混凝土提供的支护刚度和支护压力逐渐增大;随着锚杆(索)直径、长度、杆体材料强度的增加及间排距的减小,锚杆的支护压力显著增加;U型钢支架的排距越小及材料强度越大,其提供的支护压力越大。采用FLAC^(3D)内嵌的莫尔库伦应变软化本构模型,建立了考虑岩石峰后应变软化与扩容特性的深部软岩巷道数值分析模型,计算获得了不同应力状态下巷道纵剖面变形曲线、围岩特征曲线,分析了锚喷、锚杆(索)喷、锚喷U型钢等3种联合支护技术对深部巷道围岩大变形控制的适用性,验证了锚喷U型钢联合支护技术应用于深部巷道支护工程的可行性。考虑岩石峰后应变软化与扩容特性的应变软化本构模型和经典的莫尔库伦本构模型的数值模拟结果相差较大,采用莫尔库伦本构模型的数值模拟结果保守,支护结构提供的支护压力无法满足深部巷道稳定性控制要求,支护后巷道围岩变形较大甚至会发生冒顶、片帮等安全事故。 展开更多
关键词 深部巷道 收敛-约束法 围岩-支护相互作用 巷道支护
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隧道围岩-衬砌接触面剪切特性模拟研究 被引量:1
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作者 赵旭 宗淼 +4 位作者 黄景琦 杜修力 赵密 崔臻 张茂础 《铁道标准设计》 北大核心 2024年第10期135-142,共8页
探究隧道围岩-衬砌接触面在不同法向应力及不同粗糙度条件下的剪切特性规律,对进一步研究隧道围岩与衬砌间的相互作用及岩体稳定性具有重要的理论和工程意义。为考虑粗糙度条件,利用分形理论,通过改变分形公式中的分形维数D及分形粗糙度... 探究隧道围岩-衬砌接触面在不同法向应力及不同粗糙度条件下的剪切特性规律,对进一步研究隧道围岩与衬砌间的相互作用及岩体稳定性具有重要的理论和工程意义。为考虑粗糙度条件,利用分形理论,通过改变分形公式中的分形维数D及分形粗糙度G生成5种不同接触面,基于二维颗粒流程序(PFC^(2D)),建立接触面数值剪切模型,尺寸为150 mm×150 mm。开展同一接触面在不同法向应力下,数值模拟剪切试验及不同接触面在同一法向应力下的数值模拟试验;将数值剪切试验与室内剪切试验获得的剪切应力-剪切位移曲线进行对比,验证数值剪切模拟的可靠性。研究结果表明:(1)数值模型剪切破坏产生的裂隙主要集中于中间接触面处,破坏后的应力主要集中于接触面粗糙度最大处,破坏裂纹可分为剪切裂纹和张拉裂纹,其中张拉裂纹占主要优势;(2)剪切应力-剪切位移过程曲线存在爬坡、啃断、滑移三大阶段,具有明显的峰值强度和残余强度,法向位移随着剪切位移的增加而增大,产生剪胀效应;(3)随着法向应力增加,剪切和张拉裂纹数量增加,破坏现象越明显,峰值强度和残余强度增大,剪胀效应减小;(4)随着粗糙起伏度增大,即分形维数D的增大或者分形粗糙度G的减小,破坏裂纹数量增加,其中张拉裂纹增加较明显,峰值强度和残余强度增大,剪胀效应增大。 展开更多
关键词 隧道围岩 衬砌 接触面 剪切特性 颗粒流程序 数值模拟
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隧道喷层与围岩相互作用的能量特性研究 被引量:1
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作者 郑余朝 朱斌忠 +3 位作者 劳志伟 廖保林 仇文革 章慧健 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期180-192,共13页
探明喷层-围岩相互作用的能量机理,对弥补以强度设计为主的支护设计理论不足、发展基于能量原理的隧道设计方法至关重要。基于应力释放的数值方法系统研究隧道喷层-围岩相互作用的能量机理,定义喷层整体失效时的弹性应变能为其极限应变... 探明喷层-围岩相互作用的能量机理,对弥补以强度设计为主的支护设计理论不足、发展基于能量原理的隧道设计方法至关重要。基于应力释放的数值方法系统研究隧道喷层-围岩相互作用的能量机理,定义喷层整体失效时的弹性应变能为其极限应变能,其可用于评价喷层承载能力;开展模型试验,通过分析逐级加载作用下喷层支护力学行为与能量演化,验证隧道喷层-围岩相互作用的能量机理与喷层极限应变能的存在;基于数值试验,开展喷层极限应变能影响因素研究,发现喷层极限应变能随地层侧压力系数、围岩等级和喷层厚度增加而增加,并建立多因素极限应变能标准化拟合函数公式。进一步给出基于能量原理的喷层极限状态验算公式,应用该公式验算模型试验原型隧道喷层设计厚度范围,与隧道喷层厚度设计值接近,该验算公式考虑喷层与围岩基于能量的力与位移的相互作用关系,可为高储能围岩中隧道喷层设计提供参考。 展开更多
关键词 隧道工程 能量理论 模型试验 喷层-围岩相互作用 极限应变能
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基于收敛——约束法的剪胀——软化型隧道围岩——支护结构相互作用 被引量:1
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作者 赵浩 刘文学 +2 位作者 周书东 张光雄 刘红岩 《金属矿山》 CAS 北大核心 2024年第10期45-53,共9页
目前的隧道围岩支护结构计算方法未能很好地同时考虑围岩剪胀及软化特性和中间主应力的共同影响。首先介绍了考虑岩石剪胀及软化效应的隧道围岩力学模型及考虑中间主应力的广义SMP强度准则。而后,根据收敛—约束法中隧道纵向变形曲线、... 目前的隧道围岩支护结构计算方法未能很好地同时考虑围岩剪胀及软化特性和中间主应力的共同影响。首先介绍了考虑岩石剪胀及软化效应的隧道围岩力学模型及考虑中间主应力的广义SMP强度准则。而后,根据收敛—约束法中隧道纵向变形曲线、围岩特征曲线、支护特征曲线的相互关系,建立了能够同时考虑隧道围岩剪胀及软化特性和中间主应力影响的隧道围岩—支护结构相互作用力学模型,并验证了其合理性。最后,采用敏感性分析分别探讨了地应力参数、支护结构参数和岩石参数对围岩最终位移、支护结构最终支护力及变形量的影响。结果表明:地应力的增加将导致围岩变形及塑性区增大,所需支护力增加。中间主应力系数对计算结果有较大影响,应予以考虑;支护结构弹性模量的增加可以提高支护力,并大幅度减少围岩和支护结构变形;岩石弹性模量及临界软化系数的增加可以降低围岩变形及支护结构受力。 展开更多
关键词 岩石剪胀及软化 广义SMP强度准则 中间主应力 围岩—支护结构相互作用 参数敏感性分析
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基于覆岩破断特征的极薄煤层工作面支架工作阻力确定 被引量:2
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作者 童应山 王森 +3 位作者 张连东 王永安 李培煊 李帅 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2024年第1期64-73,共10页
延安子长矿区极薄煤层分布广泛,因赋存煤炭为稀缺配焦煤,回采价值较高,但该矿区未有过开采极薄煤层的先例,开采过程中面临支架选型不合理的问题,且国内在该方面的研究成果较少,因此,以禾草沟二号煤矿极薄煤层综采工作面为背景,通过数值... 延安子长矿区极薄煤层分布广泛,因赋存煤炭为稀缺配焦煤,回采价值较高,但该矿区未有过开采极薄煤层的先例,开采过程中面临支架选型不合理的问题,且国内在该方面的研究成果较少,因此,以禾草沟二号煤矿极薄煤层综采工作面为背景,通过数值模拟、理论分析等研究了极薄煤层综采工作面顶板覆岩结构破断特征及其演化过程,建立了采场顶板岩梁断裂前后力学解析模型,获得了极薄煤层综采工作面直接顶周期破断距,确定了合理支架工作阻力。结果表明:极薄煤层工作面开采初期顶板垮落后会较快的对上覆岩层形成支撑,至顶板极限跨距后,直接顶与基本顶周期破断,且基本顶破断位置位于直接顶破断线前方,两者间存在离层空间,共同回转下沉;工作面液压支架主要受直接顶回转载荷作用,其作用载荷为3 980.89 kN,确定支架选型为ZZ4000/6.5/13D四柱支撑掩护式液压支架;现场应用后,可以有效发挥支架支护性能,满足采场围岩控制要求。研究成果为国内极薄煤层开采工作面支架选型提供了一定的参考。 展开更多
关键词 极薄煤层 综采工作面 顶板结构演化 支架-围岩作用 支架工作阻力
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考虑衬砌减薄及脱空的公路隧道地震易损性研究
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作者 张华琼 丁祖德 苑辉 《自然灾害学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期164-174,共11页
衬砌背后脱空、衬砌厚度不足是我国运营隧道的典型质量缺陷,这些缺陷的存在会直接影响隧道结构的抗震性能,加剧隧道的地震损伤。近年来,基于质量缺陷对隧道抗震性能影响的研究多采用确定性方法,缺少考虑地震波随机性的定量评估。依托云... 衬砌背后脱空、衬砌厚度不足是我国运营隧道的典型质量缺陷,这些缺陷的存在会直接影响隧道结构的抗震性能,加剧隧道的地震损伤。近年来,基于质量缺陷对隧道抗震性能影响的研究多采用确定性方法,缺少考虑地震波随机性的定量评估。依托云南某两车道运营公路隧道,采用增量动力分析(increment dynamic analysis,IDA)方法开展了考虑衬砌减薄及脱空组合缺陷的一系列隧道地震响应时程分析。根据隧道地震易损性分析理论,建立了组合缺陷影响下的公路隧道地震易损性曲线,分析了组合缺陷程度、缺陷位置、围岩等级和地震波入射方向等因素对隧道地震易损性的影响。结果表明:衬砌减薄及脱空组合缺陷程度、缺陷位置、围岩级别和地震波入射方向均对隧道地震易损性有重要影响。组合缺陷的存在增大了隧道结构的易损性,随组合缺陷程度的增大,衬砌地震损伤概率呈非线性增加。质量缺陷对隧道易损性的影响程度随发生部位不同而异,拱肩缺陷对隧道易损性的影响大于拱顶缺陷。围岩等级越差,隧道易损性受组合缺陷的影响就越大。隧道在横向地震作用下的易损性大于竖向地震作用下的易损性,且易损性受地震波方向的影响随缺陷位置的不同而异。缺陷位于拱肩部位时,隧道结构易损性受竖向地震动的影响更大,而缺陷位于拱顶时受横向地震动的影响更大。 展开更多
关键词 公路隧道 衬砌减薄及脱空 围岩级别 地震波方向 易损性曲线
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寒区隧道衬砌渗水挂冰试验研究
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作者 刘洪义 张学富 +3 位作者 邱凯驰 周凡轶 刘欣 宋佳益 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第9期1783-1791,共9页
为揭示寒区隧道衬砌渗水挂冰发育规律,研制出一套模拟地表水补给条件下寒区隧道衬砌渗水挂冰发育的模型试验装置,实时监测渗水断面围岩温度和挂冰发育过程;采用Image-J软件测量挂冰图像截面积和线性回归分析方法分析挂冰发育过程,研究... 为揭示寒区隧道衬砌渗水挂冰发育规律,研制出一套模拟地表水补给条件下寒区隧道衬砌渗水挂冰发育的模型试验装置,实时监测渗水断面围岩温度和挂冰发育过程;采用Image-J软件测量挂冰图像截面积和线性回归分析方法分析挂冰发育过程,研究不同风速和围岩初始温度条件下渗水点围岩温度和挂冰堵塞率演变规律。结果表明:1)挂冰开始发育时刻,随着风速的增大和围岩初始温度的升高,渗水点围岩临界温度逐渐升高;渗水点围岩温度随冷却时间逐渐降低,近似呈对数函数关系;风速越小、围岩初始温度越高,平均降温速率越慢,挂冰发育持续时间越长;当风速分别为0.6 m/s和1.2 m/s时,由于渗水断面围岩冻结圈的形成和衬砌内壁冰体封堵渗水点导致衬砌挂冰停止发育。2)挂冰堵塞率与时间近似呈线性关系,风速越小、围岩初始温度越高,挂冰开始发育的时间越晚,冻害严重程度越高,而紧急程度越低。 展开更多
关键词 寒区隧道 衬砌渗水挂冰 模型试验 围岩温度场 挂冰侵限
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基于D-P准则的盾构隧道围岩与衬砌结构相互作用分析 被引量:28
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作者 何川 齐春 +1 位作者 封坤 肖明清 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第1期31-40,共10页
在进行盾构隧道管片衬砌结构载荷计算时,常采用全土柱或压力拱理论计算围岩松动压力,但当盾构隧道面临深埋条件且需计入形变压力时,该方法难以适用.鉴于此,基于Drucker-Prager屈服准则,推导了考虑渗流效应影响下围岩与衬砌结构相互作用... 在进行盾构隧道管片衬砌结构载荷计算时,常采用全土柱或压力拱理论计算围岩松动压力,但当盾构隧道面临深埋条件且需计入形变压力时,该方法难以适用.鉴于此,基于Drucker-Prager屈服准则,推导了考虑渗流效应影响下围岩与衬砌结构相互作用的弹塑性解析解,给出了围岩弹、塑性区应力与位移、塑性区半径等关键参数与支护阻力间关系的解析式.阐述了上述解析结果在确定衬砌结构载荷中的应用,即建立围岩与衬砌结构静力平衡状态并求二者对应曲线的交点.进一步地,考虑接头引起管片衬砌结构整体刚度降低对围岩与衬砌结构相互作用的影响,引入刚度折减系数,并在衬砌结构围岩压力确定中对施工期流固耦合效应的影响和渗流力对衬砌结构支护特性曲线的影响进行了简化处理.最后,通过算例将解析解与水下盾构隧道载荷实测值和数值计算值进行了比较.结果表明:用解析方法得到的施工期和稳定期的管片衬砌结构围岩压力比现场实测值分别大28%和12%,稳定期围岩压力比数值计算值大5%,可为类似工程的设计施工提供一定的参考价值. 展开更多
关键词 盾构隧道 围岩 衬砌结构 相互作用 围岩压力 D-P准则 收敛约束法
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隧道仰拱的力学行为研究 被引量:96
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作者 王明年 翁汉民 李志业 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1996年第1期46-53,共8页
本文通过大比例尺模型试验与有限元分析相结合的方法研究了隧道仰拱的力学行为。结果表明,隧道仰拱对提高隧道结构的承载力,抑制围岩内塑性区的扩展,约束隧道洞周位移的发展,提高衬砌结构的安全度等方面都有非常重要的作用。
关键词 隧道 仰拱 承载力 衬砌 围岩
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基于与围岩相互作用的冻结壁弹性设计理论 被引量:19
15
作者 杨维好 杨志江 +2 位作者 韩涛 张驰 柏东良 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期516-519,共4页
冻结壁设计理论是冻结法凿井技术的核心之一。传统的冻结壁厚度弹性设计公式在冻结壁与围岩的弹性模量之比小于10时有较大的误差。为了更合理地设计冻结壁,考虑了开挖卸载作用以及冻结壁与围岩的相互作用,建立了一个更符合实际的力学模... 冻结壁设计理论是冻结法凿井技术的核心之一。传统的冻结壁厚度弹性设计公式在冻结壁与围岩的弹性模量之比小于10时有较大的误差。为了更合理地设计冻结壁,考虑了开挖卸载作用以及冻结壁与围岩的相互作用,建立了一个更符合实际的力学模型;推导出了其弹性解析解;分析了冻结壁与围岩的应力和位移变化规律;讨论了冻结壁厚度的设计方法;基于Tresca强度条件和Mises强度条件,分别建立了新的冻结壁厚度弹性设计公式。分析比较表明,新公式较传统的冻结壁厚度弹性设计公式更合理,更节省。 展开更多
关键词 冻结壁 围岩 相互作用 弹性分析 设计理论
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地下工程中支架和围岩相互作用的突变模型 被引量:8
16
作者 赵常洲 李占强 +1 位作者 魏风华 陈铁林 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第S1期17-20,共4页
建立了支架和围岩相互作用的突变模型,利用支架刚度和围岩的弱化刚度模量研究了围岩的突变失稳。研究结果从理论上解释了新奥法的支护原理。利用突变模型定量地给出了突变失稳的关键点。当围岩的变形量达到变形关键点以后,围岩就进入了... 建立了支架和围岩相互作用的突变模型,利用支架刚度和围岩的弱化刚度模量研究了围岩的突变失稳。研究结果从理论上解释了新奥法的支护原理。利用突变模型定量地给出了突变失稳的关键点。当围岩的变形量达到变形关键点以后,围岩就进入了散体区。变形关键点的大小是围岩-支架系统内部因素决定的,与外界条件无关。 展开更多
关键词 突变 围岩 支架 相互作用
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基于与围岩相互作用的冻结壁塑性设计理论 被引量:24
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作者 杨维好 杜子博 +1 位作者 杨志江 柏东良 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第10期1857-1862,共6页
冻结壁设计理论是冻结法凿井技术的核心之一。传统的冻结壁厚度塑性设计公式是在加载条件下导出的,未考虑冻结壁与围岩的相互作用和内摩擦角的影响,与实际相差较大。为了更合理地设计冻结壁,建立了考虑开挖卸载作用的冻结壁与井壁相互... 冻结壁设计理论是冻结法凿井技术的核心之一。传统的冻结壁厚度塑性设计公式是在加载条件下导出的,未考虑冻结壁与围岩的相互作用和内摩擦角的影响,与实际相差较大。为了更合理地设计冻结壁,建立了考虑开挖卸载作用的冻结壁与井壁相互作用塑性力学模型,推导了应力与位移解析解,分析了各因素对冻结壁厚度的影响规律,建立了新的塑性冻结壁厚度计算公式。分析表明,新公式较传统的公式更合理,并建议选用Coulomb-Mohr屈服准则进行冻结壁厚度计算。 展开更多
关键词 冻结壁 围岩 相互作用 弹塑性分析 设计理论
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基于等效周长法研究隧道衬砌水压力荷载及内力 被引量:20
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作者 王志杰 何晟亚 +2 位作者 袁晔 王宁 何明磊 《铁道科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第3期577-583,共7页
为研究方形隧道断面衬砌水压力及内力,利用等效周长替代法,将方形隧道断面转变成圆形隧道断面,并运用轴对称解析法与有限差分FLAC3D分别计算在不同衬砌渗透系数、不同注浆半径和不同衬砌厚度情况下,隧道衬砌水压力、渗透量、内力、偏心... 为研究方形隧道断面衬砌水压力及内力,利用等效周长替代法,将方形隧道断面转变成圆形隧道断面,并运用轴对称解析法与有限差分FLAC3D分别计算在不同衬砌渗透系数、不同注浆半径和不同衬砌厚度情况下,隧道衬砌水压力、渗透量、内力、偏心距以及安全系数。结果表明:轴对称解析法的渗透量和水压力与有限差分数值计算法的很接近;在不透水情况下,水压力不进行折减;通过控制排水、减小衬砌渗透系数、适当增大围岩注浆或适当增大衬砌厚度可以调节衬砌水压力、偏心距与安全系数;衬砌厚度对边角处安全系数影响大;以设计水荷载为正算,施工监测水压力为反算,在施工过程中,检验并修正水荷载。 展开更多
关键词 隧道 水荷载 渗透系数 围岩注浆 衬砌厚度
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大断面深浅埋黄土隧道围岩压力试验研究 被引量:37
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作者 杨建民 喻渝 +1 位作者 谭忠盛 赵辉雄 《铁道工程学报》 EI 北大核心 2009年第2期76-79,共4页
研究目的:针对郑州至西安客运专线黄土隧道设计中存在的问题,开展大断面黄土隧道深浅埋分界、深浅埋围岩压力计算研究,提出大断面黄土隧道深浅埋分界高度;确定深浅埋黄土隧道围岩压力计算方法;明确深浅埋黄土隧道二次衬砌厚度的设计原... 研究目的:针对郑州至西安客运专线黄土隧道设计中存在的问题,开展大断面黄土隧道深浅埋分界、深浅埋围岩压力计算研究,提出大断面黄土隧道深浅埋分界高度;确定深浅埋黄土隧道围岩压力计算方法;明确深浅埋黄土隧道二次衬砌厚度的设计原则,指导郑州至西安客运专线黄土隧道的设计与施工,并为类似大断面黄土隧道工程的设计提供技术支持。研究结论:通过对大断面深浅埋黄土隧道围岩压力的试验研究,提出了郑州至西安客运专线大断面黄土隧道深浅埋分界高度、围岩压力计算方法和二次衬砌厚度的设计原则。郑州至西安客运专线黄土隧道深浅埋分界高度应为40~60 m;浅埋黄土隧道荷载按谢家烋公式计算,深埋黄土隧道荷载按太沙基理论计算;不同埋深黄土隧道二次衬砌宜采用相同厚度。 展开更多
关键词 黄土隧道 深浅埋分界 围岩压力 二次衬砌厚度
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荷载结构模型在拱顶空洞存在情况下的修正 被引量:18
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作者 应国刚 张顶立 +2 位作者 陈立平 房倩 张成平 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第S1期181-185,共5页
文章以拱顶空洞为例,首先采用模型试验研究了空洞存在下空洞临近范围作用于衬砌结构上的围岩压力荷载的重分布,在此基础上提出了拱顶空洞存在下荷载-结构模型的修正方法,并加以算例分析。得到如下结论:(1)空洞的出现引起空洞临近范围围... 文章以拱顶空洞为例,首先采用模型试验研究了空洞存在下空洞临近范围作用于衬砌结构上的围岩压力荷载的重分布,在此基础上提出了拱顶空洞存在下荷载-结构模型的修正方法,并加以算例分析。得到如下结论:(1)空洞的出现引起空洞临近范围围岩压力荷载的重分布,在空洞两侧出现明显的应力集中;应力集中区的围岩压力荷载先增大后减小。(2)基于围岩压力荷载重分布的研究结果,提出了一种荷载结构模型的修正方法,经算例验证其计算结果与其他文献中室内模型试验的结果一致。(3)在空洞存在的情况下衬砌结构安全性评价中采用修正荷载结构模型比没有修正的模型更利于降低管理风险。 展开更多
关键词 衬砌背后空洞 荷载-结构模型 衬砌结构 围岩压力 荷载重分布
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