隧道与地下工程灾害防治

2024年, 第6卷, 第3期　刊出日期：2024-09-20

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研究论文

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软弱夹层基坑圆弧-平面整体破坏模式分析与治理

李连祥,吕桂青,张尚儒,赵永新,汪楚涵

隧道与地下工程灾害防治. 2024, (3): 1-11. DOI: 10.19952/j.cnki.2096-5052.2024.03.01

摘要 ( 28 )

PDF (3717KB) ( 14 )

济南市区北部黄河两岸地区地表以下6~8 m存在一层淤泥质土,相近深度基坑出现大量滑坡,表现出与现有基坑圆弧滑动法不同的整体破坏模式。基于大量工程滑坡性状,针对具体案例判断:含软弱夹层基坑边坡为圆弧-平面整体破坏模式,结果得到Plaxis有限元软件数值分析验证,基于整体的静力和力矩平衡方程推导出含软弱夹层基坑边坡圆弧-平面整体稳定性分析解析解,提出最优支护方案并经过数值和监测数据验证。结果表明:济南市区北部黄河冲积平原地貌单元地层基坑边坡受软弱夹层影响,边坡整体破坏模式呈圆弧-平面滑动模式,基坑设计如果采用圆弧滑动计算会存在安全隐患,基坑支护结构选型须设置抗剪构件贯穿软弱夹层,将圆弧-平面破坏模式改变为圆弧滑动模式,从而确保基坑安全。

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基于PIV技术的浅埋暗挖施工扰动诱发地表塌陷模型试验研究

黄阜,申勇斌,张敏,王勇涛,杨云强,朱睿

隧道与地下工程灾害防治. 2024, (3): 12-21. DOI: 10.19952/j.cnki.2096-5052.2024.03.02

摘要 ( 26 )

PDF (8323KB) ( 18 )

浅埋暗挖施工诱发地表塌陷的发生机理和极限状态下的破坏模式尚不清楚。针对这一研究现状,利用基于粒子图像测速技术(particle image velocimetry, PIV)的缩尺模型试验,模拟砂土和Ⅴ级围岩中浅埋隧道的暗挖施工过程并利用PIV技术对暗挖隧道施工过程中围岩变形的图片进行分析,获得暗挖施工扰动诱发地层变形的位移云图。通过分析暗挖施工扰动诱发地表变形特征和渐进演变规律,总结极限状态下不同地层中暗挖隧道施工诱发地表塌陷的破坏面形状和塌陷范围。利用极限分析上限定理和变分原理推导得到暗挖施工诱发拱顶地层塌陷的破坏面方程并绘制出塌落面图形。将模型试验得到的暗挖施工诱发拱顶地层塌陷的范围与理论计算结果进行对比,验证了本研究模型试验结果的有效性。

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通透肋式连拱隧道围岩压力计算及敏感性分析

张旭,王红港,王文千

隧道与地下工程灾害防治. 2024, (3): 22-31. DOI: 10.19952/j.cnki.2096-5052.2024.03.03

摘要 ( 23 )

PDF (5120KB) ( 10 )

以浅埋偏压通透肋式连拱隧道为工程背景,采用强度折减法获得隧道开挖极限状态下围岩破坏模式,针对围岩的破坏特点,在基本假定的基础上,推导适用于通透肋式连拱隧道围岩压力的结构荷载计算模型,并与地层结构模型计算结果进行对比验证,对围岩压力敏感性进行研究。结果表明:隧道承受不对称偏压荷载,作用在埋深大侧洞室的竖向荷载远大于埋深小侧洞室,作用在埋深大侧洞室右侧侧壁上的水平荷载远大于中隔墙上方左右衬砌段表面的水平荷载;水平侧压力系数受到边坡偏压角度和围岩滑面内摩擦角的影响,受滑面内摩擦角的影响较大;围岩压力与水平侧压力系数密切相关,受到围岩密度、边坡偏压角度和围岩滑面内摩擦角三者共同影响,边坡偏压角度和滑面内摩擦角对围岩压力敏感性影响较大。

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山区深埋公路隧道穿越断层破碎带施工稳定性

杨立,夏增选,娄文杰,刘杉,李奉庭,武科

隧道与地下工程灾害防治. 2024, (3): 32-42. DOI: 10.19952/j.cnki.2096-5052.2024.03.04

摘要 ( 22 )

PDF (12378KB) ( 24 )

为探究山区深埋公路隧道穿越断层破碎带围岩应力、应变状态及支护结构作用效果,以莲峰山隧道工程为研究背景,基于ABAQUS大型有限元数值计算程序,建立深埋隧道穿越断层破碎带施工力学计算模型,对隧道开挖衬砌后结构应力状态、山体水平和竖向沉降变化规律进行研究。结果表明: 隧道开挖时破碎带沉降远大于正常岩体;破碎带处围岩与外围山体应力差较大,且与正常山体交界处应力差较大;隧道开挖导致的沉降影响范围为50 m,双隧道中心处沉降随垂直高度增加而增加;双隧道施工中第二条隧道的开挖会引起第一条隧道应变增大。

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地下水封洞库“三大高程”的确定方法

荆少东,杜亦农

隧道与地下工程灾害防治. 2024, (3): 43-49. DOI: 10.19952/j.cnki.2096-5052.2024.03.05

摘要 ( 22 )

PDF (7223KB) ( 6 )

为研究地下水封洞库设计中设计地下水位高程、水幕系统高程、主洞室高程等“三大高程”的确定方法,依托某洞库工程,从水封效果的角度出发,提出“三大高程”确定方法,并进行水封性评价。分析结果表明:设计地下水位一般取区域性地下水排泄基准面;水幕系统及主洞室的设计高程需要综合考虑水封效果、洞室上方形成的“水盖层”厚度、洞室围岩渗水量等进行确定;参照依托工程建立的计算模型,设计地下水位高程与水幕系统高程、水幕系统高程与主洞室高程均相差25 m,数值模拟结果表明其具有良好的水封效果,小幅度调整这些参数,也能保证水封性。“三大高程”是洞库设计的关键参数及影响水封性的关键因素。

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孤石区复杂环境下矩形顶管预处理施工技术

牛巍崴,黄伟洪,陈玉林,刘建坤,陈雪华

隧道与地下工程灾害防治. 2024, (3): 50-59. DOI: 10.19952/j.cnki.2096-5052.2024.03.06

摘要 ( 17 )

PDF (11808KB) ( 14 )

为解决复杂地质环境下孤石区矩形顶管的施工难题,基于广东省珠海市香洲区港湾大道改造工程中的契爷岭人行通道的顶管项目,结合实际工程条件,对顶管掘进中遇孤石的施工风险进行分析。根据孤石的大小、形状以及分布情况,讨论顶管施工过程中遇孤石时不同施工方案的优缺点,系统地对比并分析5种障碍物处理方案的工程成本、环境影响、施工难度、安全性以及适用范围,优选出适合本案例工程的最佳处理方法,以达到提效、降本和避险的目的。本案例工程采取套管技术中的潜孔锤预处理施工工艺将孤石破碎并取出,顺利恢复顶管掘进施工,可确保清障工作高效、安全、有序地开展,应用效果优良。

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基于微震监测与DFN模拟的金川水电站尾闸室破坏机制

皮锦添,徐奴文,张丰收,毛浩宇,周相,李怀良,薄雾

隧道与地下工程灾害防治. 2024, (3): 60-72. DOI: 10.19952/j.cnki.2096-5052.2024.03.07

摘要 ( 15 )

PDF (12621KB) ( 5 )

为获取金川水电站受碳质千枚岩带影响下尾闸室围岩破坏机制,在施工期构建微震监测系统,获取地下洞室开挖过程微震事件时空分布规律和震源参数信息,同时建立三维离散元数值模型,针对地下厂房软弱断层使用离散裂隙网络(discrete fracture network, DFN)方法构建节理裂隙,综合获取地下洞室位移场和塑性破坏区分布规律,揭示地下洞室围岩破坏机理,基于数值模拟获得开挖过程诱发的合成微震事件,对软弱断层破坏模式和损伤程度进行研究。结果表明:微震事件空间分布特征与围岩破坏区域一致;横纵波能量比揭示了尾闸室破坏模式主要为张拉破坏;通过离散元数值模拟获得最大变形区域和塑性破坏区,计算结果与微震监测结果相互印证;DFN-离散元耦合方法生成的合成微震事件揭示了围岩潜在破坏区域,其结果与实际的微震事件空间分布较为吻合。

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基于皮带出渣图像识别渣土含水率区间

苏国君,龚秋明,周小雄,吴伟锋,陈培新

隧道与地下工程灾害防治. 2024, (3): 73-81. DOI: 10.19952/j.cnki.2096-5052.2024.03.08

摘要 ( 16 )

PDF (13310KB) ( 6 )

为实时识别渣土含水率,通过制备3种初始含水率细砂,添加不同泡沫注入比的泡沫制成不同含水率的改良渣土,通过皮带出渣试验平台开展出渣试验,获取皮带上渣土图像,并采集渣土样测定其含水率,以1%为间隔标记含水率区间,建立渣土图像与含水率区间数据集。通过图像预处理,采用简化局部像素强度模式结合完备局部二值模式的方法提取渣土主体图像与边缘图像纹理特征,选取粒子群优化的支持向量机模型作为基模型,进一步构建渣土含水率识别集成学习模型,提高了识别准确率,含水率识别误差为±1%。

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装配式隧道接头冲击动力响应特性

周雨竹, 彭子茂, 全珈颖, 秦茂豇, 黄震

隧道与地下工程灾害防治. 2024, (3): 82-91. DOI: 10.19952/j.cnki.2096-5052.2024.03.09

摘要 ( 19 )

PDF (10685KB) ( 8 )

为探究3种装配式隧道接头(自重榫卯接头、螺栓榫卯接头、钢板榫卯接头)在冲击荷载作用下的动力响应特性,采用ABAQUS软件模拟3种接头在冲击荷载作用下的动力响应过程与损伤破坏特征,对比3种接头抗冲击性能。研究结果表明:装配式隧道接头在冲击作用下的响应可分为初始冲击阶段、发展阶段和稳定阶段,在此过程中接头受到冲击力、支反力及惯性力的共同作用;3种接头冲击动力响应特征受冲击质量及速度影响,当冲击质量超过1 400 kg且冲击速度超过60 km/h时,接头中心位移、张开量及损伤范围均会显著增加;钢板榫卯接头是3种接头结构中抗冲击性能最优的一种结构形式;在设计装配式隧道结构抗冲击时,需重点加强接头刚度。

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增设压力阀对隧道防排水影响

纪禄凌,游玮,李晓逸,曾原驰,刘毓氚,张铠

隧道与地下工程灾害防治. 2024, (3): 92-102. DOI: 10.19952/j.cnki.2096-5052.2024.03.10

摘要 ( 26 )

PDF (10451KB) ( 13 )

针对隧道主动控制式防排水系统难以实现对排水量和水压的动态控制、易造成隧道开裂渗漏的问题,提出在环向排水盲管处增设压力阀,控制排水量和外水压力,并推导隧道排水量的计算公式。基于稳定渗流场基本微分方程,运用保角变换方法推导围岩渗流场公式,建立包含环向排水盲管间距和泄水压力的隧道渗流计算模型,推导隧道排水量及二衬结构外水压力的计算公式。通过退化解和数值模拟方法,验证解析解的合理性。在此基础上,建立增设压力阀的隧道防排水设计方法。结果表明:土工织物渗透系数和排水管间距对水压和流量有很大影响,建议土工织物渗透系数不小于500 μm/s,排水盲管的间距可综合泄水压力进行设置。与现有主动控制式防排水系统相比,增设压力阀可以减少灌浆圈的厚度和施工成本。