检索结果-内蒙古大学图书馆

岩土力学 2019年第6期40卷 2154-2162页

作者：陈峥何平颜杜民高红杰聂奥祥北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心北京100044 中铁十二局集团第三工程有限公司山西太原030024

软弱围岩隧道施工中,常采用超前支护确保隧道施工的安全。为了评价超前支护下隧道稳定性,建立了超前支护作用下截锥体、对数螺旋线共同破坏模型,基于极限分析上限法和综合强度折减法开考虑初期支护未支护段的影响,推导出了隧道稳定安全... 详细信息

软弱围岩隧道施工中,常采用超前支护确保隧道施工的安全。为了评价超前支护下隧道稳定性,建立了超前支护作用下截锥体、对数螺旋线共同破坏模型,基于极限分析上限法和综合强度折减法开考虑初期支护未支护段的影响,推导出了隧道稳定安全系数的目标函数,开利用Matlab编制程序求解该函数以此判断隧道稳定性。与模型试验结果和已有理论研究成果对比分析,验证了计算方法的合理性,同时分析了影响隧道稳定安全系数的各个因素。研究结果表明:围岩黏聚力、内摩擦角的增加,掌子面锚杆、拱部超前支护的施作对提高围岩稳定性有显著的作用,而初期支护未支护段长度、开挖高度的增加不利于围岩的稳定;在围岩内摩擦角较小时,分台阶开挖降低开挖高度提高隧道稳定性的效果更好;在围岩内摩擦角较大时,掌子面锚杆加固强度的增加对隧道稳定性提高的作用更显著。最后给出了超前支护的施工设计建议图,可为工程中初步确定超前支护参数和施工方法提供参考。

关键词：掌子面稳定性极限分析上限法稳定安全系数超前支护

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砂卵石地层盾构隧道掌子面稳定性理论分析

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同济大学学报（自然科学版） 2023年第9期51卷 1362-1371页

作者：王立新胡瑞青任超张才飞张俊元姜寅刘畅中铁第一勘察设计院集团有限公司陕西西安710043 陕西省铁道及地下交通工程重点实验室(中铁一院) 陕西西安710043 长安大学公路学院陕西西安710064

盾构隧道穿越砂卵石地层掘进施工时,由于砂卵石的地层特性及施工扰动,隧道掌子面容易失稳而引发事故。为研究砂卵石地层盾构隧道掌子面稳定所需的最小支护力,结合砂卵石地层的掌子面失稳模式,在三维Murayama模型的基础上,将掌子面前方... 详细信息

盾构隧道穿越砂卵石地层掘进施工时,由于砂卵石的地层特性及施工扰动,隧道掌子面容易失稳而引发事故。为研究砂卵石地层盾构隧道掌子面稳定所需的最小支护力,结合砂卵石地层的掌子面失稳模式,在三维Murayama模型的基础上,将掌子面前方土体的滑动面形式假设为对数螺旋滑移线,结合上部松动区域的破坏机制,引入椭球体放矿理论,对传统的棱柱体筒仓模型进行改进,进一步通过极限平衡法推导出砂卵石地层的掌子面极限支护力求解公式;最后通过离散元数值模拟验证所推公式,两者的误差为3.1%。结果表明所得公式可对砂卵石地层的掌子面极限支护力进行较为精确的求解。研究成果以期为砂卵石地层掌子面极限支护力计算理论提供依据。

关键词：盾构隧道砂卵石地层掌子面稳定性理论分析极限平衡法

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基于突变理论的第三系弱胶结砾岩掌子面稳定性

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东南大学学报（自然科学版） 2019年第2期49卷 321-327页

作者：朱举乔春生宋仪陈松邓斌北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 中铁第六勘察设计院集团有限公司天津300308

为了评价第三系弱胶结砾岩掌子面稳定性,基于突变理论对强度折减法进行改进,提出了适合砾岩掌子面稳定性评价的失稳判据,结合室内试验,采用数值方法研究了颗粒级配和胶结程度对掌子面稳定性的影响.结果表明,位移判据最适用于掌子面稳定... 详细信息

为了评价第三系弱胶结砾岩掌子面稳定性,基于突变理论对强度折减法进行改进,提出了适合砾岩掌子面稳定性评价的失稳判据,结合室内试验,采用数值方法研究了颗粒级配和胶结程度对掌子面稳定性的影响.结果表明,位移判据最适用于掌子面稳定性分析,通过分析掌子面不同特征点的安全系数可以判断掌子面破坏形式,选择最易失稳点得到掌子面的安全系数.弱胶结砾岩掌子面安全系数为3.79,极弱胶结砾岩掌子面安全系数均小于1,掌子面开挖前必须进行超前支护.胶结程度是影响弱胶结砾岩掌子面稳定性的决定性因素,胶结程度一致时,增加砾岩中砾石含量能显著提高掌子面自稳能力.第三系弱胶结砾岩掌子面拱底处为最不稳定点,掌子面失稳破坏时首先表现为拱底隆起.

关键词：突变理论弱胶结砾岩颗粒级配胶结程度失稳判据掌子面稳定性

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渗透力对新奥法隧道掌子面稳定性的影响

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中南大学学报（自然科学版） 2019年第5期50卷 1221-1228页

作者：黄戡安永林岳健曾贤臣李佳豪张艺杰王栋长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114 湖南科技大学岩土工程稳定控制与健康监测湖南省重点实验室湖南湘潭411201 湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭411201

因实际掌子面没有支护力,用支护力反映新奥法隧道掌子面稳定性存在缺陷,为此,提出用虚拟支护力表示。在分析渗流场基础上,结合强度折减法和极限分析上限法,推导存在渗透力的掌子面稳定安全系数公式,并应用于实际隧道工程;分析水位高度... 详细信息

因实际掌子面没有支护力,用支护力反映新奥法隧道掌子面稳定性存在缺陷,为此,提出用虚拟支护力表示。在分析渗流场基础上,结合强度折减法和极限分析上限法,推导存在渗透力的掌子面稳定安全系数公式,并应用于实际隧道工程;分析水位高度、帷幕注浆长度等参数对渗透力与掌子面稳定性影响的规律;最后对孔隙水压力与渗透力进行计算。研究结果表明:随着水位升高,单位平均渗透力增大,掌子面安全系数呈负指数降低;若仅考虑水平渗透力而忽略竖向渗透力,则所得结果偏不安全;帷幕注浆的安全系数比无注浆时的高,但渗透力比无注浆的大;随着掌子面前方帷幕注浆长度增加,水平渗透力减小,而竖向渗透力增加,安全系数略微减小;减小台阶开挖高度,可以提高掌子面的稳定性;随着黏聚力和内摩擦角增大,掌子面稳定安全系数提高,但增加梯度减小。

关键词：隧道工程掌子面稳定性渗透力极限分析法强度折减法帷幕注浆

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浅埋隧道掌子面稳定性二维自适应上限有限元分析

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岩土力学 2015年第1期36卷 257-264页

作者：阳军生张箭杨峰中南大学土木工程学院湖南长沙410075

为研究浅埋隧道掌子面稳定性及获取精细化的破坏模式,提出了一种上限有限元非结构化网格自适应加密策略。以单元耗散能权重指标作为网格自适应加密评判准则,该策略同时兼顾了单元尺度与塑性应变。应用高阶的6节点三角形单元并建立上限... 详细信息

为研究浅埋隧道掌子面稳定性及获取精细化的破坏模式,提出了一种上限有限元非结构化网格自适应加密策略。以单元耗散能权重指标作为网格自适应加密评判准则,该策略同时兼顾了单元尺度与塑性应变。应用高阶的6节点三角形单元并建立上限有限元线性规划模型,以多次反复计算和网格加密的方式实现了二维自适应上限有限元分析并编制了计算程序。利用条形基础地基极限承载力课题,从上限解精度和网格加密形态方面验证了该程序的有效性。针对浅埋隧道掌子面稳定性问题,展开多参数条件下的自适应上限有限元计算,分析了网格加密过程中单元总数与上限解精度的关系,列出不同隧道埋深和内摩擦角对应的隧道掌子面稳定性临界值的上限解,揭示出掌子面稳定性变化规律及精细化的破坏模式。

关键词：浅埋隧道掌子面稳定性上限有限元 6节点三角形单元破坏模式网格自适应

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基于SVM集成学习的隧道掌子面稳定性预测方法

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现代隧道技术 2022年第3期59卷 63-71页

作者：李斌蓝元盛章从旭武汉理工大学交通与物流工程学院武汉430063 中交路桥建设有限公司北京100027

隧道掌子面稳定性受多种因素的影响。隧道开挖前需对掌子面稳定性进行评估,以制定相应措施,保证隧道施工过程的安全。为提高预测效率,提出一种基于集成学习和支持向量机的隧道掌子面稳定性快速预测方法。首先根据正交实验设计原理,选择... 详细信息

隧道掌子面稳定性受多种因素的影响。隧道开挖前需对掌子面稳定性进行评估,以制定相应措施,保证隧道施工过程的安全。为提高预测效率,提出一种基于集成学习和支持向量机的隧道掌子面稳定性快速预测方法。首先根据正交实验设计原理,选择最具代表性的训练样本;接着采用三维数值计算,对样本进行标定;然后基于支持向量机算法,采用不同的核函数,拟合隧道掌子面稳定性预测模型,并通过留一法对模型的预测精度进行验证;最后根据集成学习机制,通过投票法整合预测模型,实现隧道掌子面稳定性的综合预测。结果表明,采用集成学习机制,可以最大限度降低单个预测模型的泛化误差,提高隧道掌子面稳定性预测结果的可靠性。

关键词：掌子面稳定性支持向量机集成学习强度折减法

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复杂地层妈湾海底大直径泥水盾构隧道掌子面稳定性数值分析研究

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隧道建设（中英文） 2021年第S1期41卷 19-27页

作者：刘继强陈晓庆张晓东乔亚飞中铁南方投资集团有限公司广东深圳518000 同济大学土木工程学院地下建筑与工程系上海200092

为研究复杂地层条件下泥水压力对掌子面稳定性的影响,依托连续穿越全断面软弱地层、上软下硬地层以及全断面微风化岩层的妈湾海底大直径泥水盾构隧道,分别建立不同地层条件下掌子面稳定性分析三维数值模型,得到掌子面位移分布规律及极... 详细信息

为研究复杂地层条件下泥水压力对掌子面稳定性的影响,依托连续穿越全断面软弱地层、上软下硬地层以及全断面微风化岩层的妈湾海底大直径泥水盾构隧道,分别建立不同地层条件下掌子面稳定性分析三维数值模型,得到掌子面位移分布规律及极限支护应力比。此外,由于既有研究常采用矩形荷载模式对泥水压力进行简化,对比分析实际梯形荷载模式及简化矩形荷载模式对掌子面稳定性分析的差异。结果表明:1)全断面软弱地层中掌子面位移分布呈现"中间均匀,两端分化"形态,上软下硬地层中自拱顶向拱底大致线性减小;2)采用切线交汇法获得掌子面的极限支护应力比全断面软弱地层最大,上软下硬地层次之,全断面微风化岩层中最小;3)掌子面在梯形荷载分布情况下上部土体位移远大于矩形荷载分布情况,且得到的极限支护应力比大于矩形荷载分布,计算中忽略泥水容重影响是不合理的。

关键词：大直径泥水盾构隧道掌子面稳定性泥水压力复杂地层数值分析

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隧道爬坡开挖与水平开挖掌子面稳定性对比分析

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现代隧道技术 2018年第6期55卷 94-100页

作者：赵智涛曹伍富王霆北京市轨道交通建设管理有限公司北京100037 城市轨道交通全自动运行系统与安全监控北京市重点实验室北京100037

地铁附属结构施工时受场地及工期影响往往采取爬坡开挖方式。为了确定其掌子面的安全状态,文章通过理论分析并结合数值模拟,对比分析了爬坡开挖与水平开挖下掌子面的稳定性。其中,采用极限分析上限法掌子面破坏区假定,对比分析了爬坡开... 详细信息

地铁附属结构施工时受场地及工期影响往往采取爬坡开挖方式。为了确定其掌子面的安全状态,文章通过理论分析并结合数值模拟,对比分析了爬坡开挖与水平开挖下掌子面的稳定性。其中,采用极限分析上限法掌子面破坏区假定,对比分析了爬坡开挖与水平开挖的破坏区影响范围及位置;采用数值分析方法,研究了爬坡与水平开挖不同工况下等值应变区的位置和掌子面水平位移变化规律。分析结果表明:隧道爬坡开挖造成的影响区范围略大于水平开挖,影响区位置比水平开挖略低;掌子面0～1/3高度范围内爬坡开挖引起的水平位移比水平开挖略大,掌子面1/3高度以上范围内略小;爬坡与水平开挖下掌子面最大水平位移均位于掌子面1/3高度处,且爬坡开挖下掌子面变形并不大于水平开挖;在不考虑超前支护的情况下,爬坡与水平开挖的掌子面稳定性基本一致,而在选取适宜的超前支护措施前提下,能够保证掌子面的稳定性。

关键词：地铁工程斜井掌子面稳定性极限上限分析数值模拟

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超前支护对软弱围岩隧道掌子面稳定性的影响研究

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现代隧道技术 2020年第S1期57卷 119-128页

作者：张艺腾王明年于丽王志龙张霄西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室成都610031 西南交通大学土木工程学院成都610031

Ⅳ级、Ⅴ级围岩要实现机械化全断面施工,合理的掌子面超前支护措施是保障。文章以郑万高铁湖北段软弱围岩隧道采用机械化全断面施工为工程背景,通过FLAC 3D数值模拟软件分别从围岩位移、塑性区方面研究了超前管棚、掌子面锚杆及其组合... 详细信息

Ⅳ级、Ⅴ级围岩要实现机械化全断面施工,合理的掌子面超前支护措施是保障。文章以郑万高铁湖北段软弱围岩隧道采用机械化全断面施工为工程背景,通过FLAC 3D数值模拟软件分别从围岩位移、塑性区方面研究了超前管棚、掌子面锚杆及其组合措施对掌子面的加固效果,在此基础上对管棚直径、注浆加固范围、超前加固长度及锚杆超前长度进行了探讨。研究结果表明:超前管棚对预收敛、最终位移及拱顶上方塑性区控制效果明显,掌子面锚杆对掌子面挤出变形及掌子面前方围岩塑性区控制效果明显,两者可以形成互补以达到最佳效果;随着管棚直径及其四周注浆半径的增加,预收敛、最终位移略微减小,效果甚微;管棚合理超前加固长度为15~20 m,掌子面锚杆合理长度也为15~20 m。经开挖后监测数据验证,措施有效,确保了软弱破碎围岩隧道的顺利施工,对类似工程具有一定的借鉴意义。

关键词：隧道全断面工法软弱围岩掌子面稳定性超前管棚掌子面锚杆

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软弱围岩隧道掌子面稳定性控制及预加固技术研究

软弱围岩隧道掌子面稳定性控制及预加固技术研究

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作者：师晓权西南交通大学

学位级别：博士

目前我国各类交通土建工程如高速铁路、公路及城市地铁等建设全面展开,穿越软弱、破碎围岩等不良地质段的隧道工程不断增加。而软弱围岩隧道的修建一直是隧道设计和施工的技术难点。鉴于此,本文对软弱围岩隧道掌子面稳定性控制及预加固... 详细信息

目前我国各类交通土建工程如高速铁路、公路及城市地铁等建设全面展开,穿越软弱、破碎围岩等不良地质段的隧道工程不断增加。而软弱围岩隧道的修建一直是隧道设计和施工的技术难点。鉴于此,本文对软弱围岩隧道掌子面稳定性控制及预加固技术的关联性问题,开展了全面、系统、深入的研究工作。主要工作和成果如下： (1)采用极限平衡法,建立了掌子面稳定分析水平条分模型,该模型能有效克服垂直划分的条块与加固结构体锚杆等存在交叉的缺点,并提出了掌子面锚杆加固等效压力系数ka,该系数能方便用于水平条分模型中,能较为准确地对掌子面锚杆加固效果进行模拟,基于该模型,分析了土体参数、掌子面锚杆加固强度等因素对维持掌子面稳定所需极限支护力的影响进行研究。 (2)基于极限分析上限定理,建立隧道掌子失稳破坏模型,该模型能考虑未支护段及掌子面锚杆加固等预加固手段对掌子面稳定性的影响。基于该模型,分析了未支护段长度、土体参数、隧道埋深、未支护段支护力、掌子面锚杆加固强度等因素,对维持掌子面稳定所需极限支护力的影响进行研究。该模型能有效模拟隧道深浅埋不同的破坏模式,并对纵向拱效应进行模拟。 (3)以围岩与支护结构相互作用为基础,建立了掌子面前方围岩变基床系数下的管棚双参数弹性地基梁有限差分力学分析模型,系统分析了隧道开挖过程中的管棚的变形、受力特征及传递荷载特性,并研究了开挖进尺、基床系数、掌子面加固强度、隧道埋深等因素对管棚作用特性的影响。 (4)采用GFRP筋与混凝土粘结锚固性能试验,得出钢筋与纤维筋粘结比例系数为1.2～1.5,确定了GFRP筋最小锚固长度取为20倍筋材直径。修订了GFRP筋与混凝土间粘结滑移CMR模型中的sr、β参数,该参数与试验具有较好拟合度,具有一定的可靠度及安全度。提出了GFRP筋锚杆剪切刚度求解公式,该公式对于纤维筋锚杆剪切刚度具有良好的模拟性。 (5)采用大型室内相似模拟试验手段,研究了管棚作用机理,管棚能将荷载向掌子面前方传递1.25～3.75m,可认为管棚能将传递到掌子面上的荷载作用位置向掌子面前方转移约为0.1～0.3D,管棚传递荷载的特性主要是发挥荷载传力梁作用将荷载进行分散传递,减小荷载集中。 (6)研究发现掌子面锚杆加固围岩稳定和控制掌子面变形机制与纵向压力拱效应密切相关。掌子面锚杆所引起的纵向压力拱的范围(0.6D)要小于管棚、小导管结果。掌子面锚杆能促进纵向拱效应在近距离内形成,充分调动和发挥围岩的自承能力,从而控制掌子面前方围岩的变形及防止围岩失稳塌方。 (7)通过对采用不同加固措施条件下隧道未支护段围岩稳定性,得出小导管和管棚对上部围岩的位移控制属于“被动式”控制,其是通过控制下部围岩的位移而实现对上部围岩的位移限制；掌子面锚杆对未支护段上部围岩的位移控制属于“主动式”控制,掌子面锚杆通过前方“待挖核心土”的加固,可以促进开挖后地层拱的形成,抑制变形向深部岩体扩展。 (8)研究洞内预加固(掌子面锚杆)与洞周预加固(管棚、小导管)技术联合工作特性,得出正面锚杆和超前小导管的联合使用可集合掌子面锚杆在控制掌子面挤出变形及深部岩体变形的优势和小导管在未支护段控制拱顶附近围岩变形的优势。在联合支护体系中,二者对围岩变形的控制效果不会相互抵消,正面锚杆起主要作用,小导管只起辅助作用。 (9)对不同施工方法下软弱围岩隧道围岩应力、变形和塑性区综合分析,得出全断面预加固工法优于三台阶七步法,而三台阶七步法优于双侧壁导坑法。全断面预加固工法通过掌子面锚杆超前加固核心土,增加待挖核心土的强度和刚度,可以显著控制围岩的变形。与其他工法相比,全断面预加固工法开挖施工空间大,能引入大型施工机械,采用更大的开挖进尺,可兼顾工程造价、施工速度与施工安全,具有很高的综合优势。

关键词：软弱围岩隧道正面锚杆管棚掌子面稳定性相似模拟试验玻璃纤维筋

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