隧道工程解析方法及解析模型研究进展

封闭或解析形式解答可以实现隧道工程的快速初步设计、获得参数影响的函数形式,并为数值方法提供正确性验证手段,与其共同完成工程问题的可靠预测．本文针对各类静动力问题,从经典方法以及近十年来的最新进展入手,阐述了隧道工程常用的解析方法和求解思路,全面综述了可解问题、解答和最新研究进展,并展望了解析研究发展方向．本文内容涵盖了隧道解析研究的重要领域,涉及弹性、弹塑性、各向异性、流变岩体中的隧道问题、衬砌和锚杆支护以及多物理场相关的问题．通过系统介绍以上成果,可以深入了解隧道问题解析研究思路和解答,推动更具价值的解析解的发展．     

全断面隧道掘进机分类及其应用范围(英文)

目前,隧道掘进机的机械化及自动化水平得到了很大提高,隧道掘进机可以开挖不同的地质条件下各种形状的隧道。隧道掘进机的类型也越来越多,根据隧道工程场地所处的水文地质与工程地质条件,工程的使用特性及环境的限制,不同类型的隧道掘进机的工作机理需要进一步的理解并依此进行分类,以便选择合适的隧道掘进机。本文介绍了各种类型的全断面隧道掘进机的运行机理,并根据最终开挖隧道断面,掌子面的支护类型及岩土体的破碎机理对全断面隧道掘进机进行分类。本文也总结了各类型的隧道掘进机的应用范围。使用者可根据地质条件及特殊需要对隧道掘进机进行初步的选型。     

地震CT勘探原理及其在公路隧道病害诊断中的应用

地震CT勘探是一种新的地球物理方法。具有分辨率高、可靠性强、信息量大、图象直观的特点。可以广泛地用于线路、场地、隧道、边坡等项目的工程地质勘查和病害诊断。在元磨高速公路芭蕉箐隧道的地质病害诊断中应用地震CT进行勘探,取得了良好的效果。     

隧道下穿地铁拟换乘车站施工监测与安全分析

隧道下穿地铁既有车站为重大风险工程,下穿拟换乘车站时更应进行严格的风险评估与控制,以保证工程施工前后地铁车站的安全运营。本文主要就某新建隧道下穿北京地铁拟换乘车站万寿路站的风险评估和第三方监测进行研究。新建隧道施工可诱发既有车站结构的沉降,造成车站轨道过量变形,进而影响地铁安全运营,本工程采用了结构检测、施工影响模拟预测和第三方监测等工程风险评估和控制手段,结果表明万寿路站受隧道施工影响较小,地铁运营未受影响。     

福州轨道交通建设中的岩土工程问题

由于福州盆地工程地质条件的复杂性以及隧道工程的特殊性,在福州轨道交通建设过程中将遇到大量环境岩土工程问题。主要的环境岩土工程问题有:(1)隧道掘进范围内的承压含水层。承压含水层富水性、透水性强,由于开挖深度大,必须考虑下部承压水的影响,避免产生基坑突涌问题。砂砾卵石层直接覆盖于基岩裂隙热水上,受热水构造带高温热水的直接补给以及热传导,地下轨道交通建设对地热场是否存在影响以及地热对轨道交通的影响需要深入研究。(2)软土的大变形与低强度。导致地基失稳与土体结构强度破坏。(3)深大基坑开挖施工引发的可能灾变。基坑开挖易产生滑塌、流泥、突水(涌)、地表沉陷等问题,必须采取有效的支护措施,避免基坑失稳而影响工程安全及周边环境。对这些环境岩土工程问题,应加强勘察新技术的应用,查明建设场地岩土工程地质条件; 采用人工地层冻结法、桩基托换技术进行施工; 开发和利用适合本地区岩土条件的新技术、新工艺,如新型桩、新的止水、降水措施等基坑支护新技术,以及采用信息化施工新技术。     

隧道与地下工程风险评估方法研究进展

风险评估是隧道与地下工程风险管理的核心,是系统地识别工程风险和科学合理地管理风险之间重要的纽带,是决策分析的基础。本文介绍了隧道与地下工程风险评估的基本概念、国内外风险评估方法的研究和应用现状以及近年来主要应用的几种风险评估方法。探讨了目前风险评估方法需要解决的问题和今后的研究方向。     

EH4电磁成像系统在高速公路长大深埋隧道勘察中的应用研究

EH4电磁成像系统是一套双源型电磁法数据自动采集和处理的物探系统,它是CSAMT和MT的结合体。本文介绍了EH4的原理、特点、工作方法和资料处理。该系统首次运用于高速公路长大深埋隧道勘察中,结合其他手段,成功解译出了隧道的软弱层、地下水及断层破碎带的位置,为划分隧道围岩类别提供了较好的依据,同时也为高速公路长大深埋隧道提供了一种新的勘察方法。     

公路隧道大管棚超前支护技术与工程实践

超前大管棚支护是隧道施工中穿越软弱破碎围岩的一种有效的加固施工方法。通过介绍超前大管棚在不良地质隧道施工中的受力原理、大管棚设计与施工要点及适用范围等内容,并结合重庆玉峰山隧道出口洞口段超前大管棚施工实例,对超前管棚在施工中的应用价值做一论证,有助于该方法的应用推广。     

玄武湖水下交通隧道环境地质条件分析及工程方案评价

城市水下交通隧道,既在城市,又于水下,是一种脆弱环境下的典型的地质工程。本文对玄武湖水底交通隧道施工不良地质条件、城市环境约束因素以及隧道工程可能带来的环境影响问题作了具体分析,进而对隧址及施工方案作了初步评价。     

张集线旧堡隧道工程地质条件和岩体结构特征研究

新建的张集铁路（张家口 集宁段）旧堡隧道是全线关键性控制工程,位于河北省万全县旧堡乡与尚义县土夭村之间,隧道穿越由晚太古代马市口组(Arm)麻粒岩和黑云母斜长片麻岩组成的一套高级变质岩建造,断裂构造极为发育,岩体破碎。原设计Ⅱ、Ⅲ级围岩洞段占隧道线路总长的71.8%,而已施工揭露的工程地质条件较差,全部变更为Ⅲ级加强及Ⅳ、Ⅴ级围岩,变更率高达80.3%。施工过程中多次发生挤压大变形、塌方、突涌水等施工地质灾害,共处理大塌方段8处小塌方21处计130m,处理大变形18段计550m。本文分析了DK30+520～910洞段地层岩性、地质构造、地应力、地下水等隧道围岩主要工程地质条件,从结构面和工程地质岩组的物理力学特性出发,研究了该洞段特殊的岩体结构,指出该隧道围岩岩体结构特征主要受与隧道轴线小角度相交的构造挤压破碎带及软硬交替产出的岩组控制,隧道围岩变形破坏受岩体结构控制作用明显,并总结了施工中可能遇到的几种岩体结构。该研究对类似工程地质条件地区隧道工程围岩分类、支护设计和施工有一定的借鉴意义。     

矿山开采沉陷中的裂隙分形分布问题研究进展与展望

从矿山开采沉陷的非线性机制出发 ,揭示和研究了矿山开采沉陷研究领域中的全新问题——采动岩体裂隙分形分布性质及其演化规律。分析和展望了该问题研究的理论价值和工程意义及今后研究发展方向。     

泥岩损伤特性试验研究

以南京长江三桥地基中的泥岩为对象,对泥岩进行三轴试验。试验结果表明：随着侧压的增大,破坏荷载增大,塑性变形明显增大,岩石破坏后,残余强度随侧压增大而提高。在此基础上研究分析了泥岩微元强度服从Weibull分布,泥岩微元体破坏服从莫尔-库仑岩石强度判据时的损伤软化参数与围压的关系特征。结合岩石破裂过程应力 应变全过程曲线,讨论了初始损伤特性,分析结果表明：泥岩初始损伤时的主应力差对数随围压增大而增大,两者呈线性关系; 分析了泥岩损伤变量随主应力差变化关系,结果表明泥岩损伤变量与主应力差呈双曲线数学关系,通过对双曲线模型作线性化处理,结合试验数据采用回归分析法确定模型参数,分析结果发现F 0随围压的增大而增大,而m则随压的增大而减小,反映泥岩随围压的增大,脆性度降低。     

水平互层围岩隧道破坏机理及其范围预测模型

水平互层围岩因其显著的层理构造, 导致其破坏形式相较于均质围岩有较大区别. 目前针对水平互层围岩的研究集中在单一破坏模式, 未考虑破坏形式的多样性. 为探究水平互层围岩的破坏范围, 首先按其层理面划分为单层围岩进行分析, 将围岩破坏分为拉破坏、楔形剪切破坏和拱形剪切破坏3种典型模式, 分别建立了岩梁受拉分析模型和拱形关键块剪切分析模型进行分析, 提出了相应的破坏准则, 并引入塌落系数和临界高度对不同破坏模式的孕育条件进行研究, 将此方法应用于矿井巷道和隧道工程实例中, 与既有方法进行比较, 验证了单层围岩破坏机理模型的可靠性, 同时代入离层破坏算例中验证其实用性. 并以此为基础, 结合破坏范围层间连续条件和破坏休止条件建立水平互层围岩破坏预测模型, 将上述水平互层围岩破坏模型应用于补连塔矿巷道实例. 结果表明本文预测的水平互层围岩破坏范围与数值模拟结果、真实塌落情况吻合较好. 研究成果可为水平互层围岩隧道支护方案设计提供理论基础.      

平面滑动型岩质边坡稳定性极限分析上限法

在极限分析理论框架体系的基础上,提出了平面滑动型岩质边坡极限分析上限法。该方法按照外力所做的功率等于内力所消耗的功率,即滑体处于极限状态时两功率相等的条件——虚功率方程,综合考虑作用在岩质边坡上的后缘裂缝静水压力、沿滑面扬压力、重力、水平地震作用力、锚固力等外力,按照强度折减法,推导得出了岩质边坡稳定性评价的极限分析上限解。锦屏一级水电站右岸泄洪洞引渠内侧工程边坡属于典型的多级台阶状岩质高边坡,该边坡岩体结构为层状结构,变形破坏模式为平面滑动。对引渠内侧岩质边坡稳定性分析结果表明,极限分析上限法对平面滑动型岩质边坡有较好的适用性。     

Multiscale modeling of oriented thermoplastic elastomers with lamellar morphology

Thermoplastic elastomers (TPEs) are block copolymers made up of “hard” (glassy or crystalline) and “soft” (rubbery) blocks that self-organize into “domain” structures at a length scale of a few tens of nanometers. Under typical processing conditions, TPEs also develop a “polydomain” structure at the micron level that is similar to that of metal polycrystals. Therefore, from a continuum point of view, TPEs may be regarded as materials with heterogeneities at two different length scales. In this work, we propose a constitutive model for highly oriented, near-single-crystal TPEs with lamellar domain morphology. Based on small-angle X-ray scattering (SAXS) and transmission electron microscopy (TEM) observations, we consider such materials to have a granular microstructure where the grains are made up of the same, perfect, lamellar structure (single crystal) with slightly different lamination directions (crystal orientations). Having identified the underlying morphology, the overall finite-deformation response of these materials is determined by means of a two-scale homogenization procedure. Interestingly, the model predictions indicate that the evolution of microstructure—especially the rotation of the layers—has a very significant, but subtle effect on the overall properties of near-single-crystal TPEs. In particular, for certain loading conditions—namely, for those with sufficiently large compressive deformations applied in the direction of the lamellae within the individual grains—the model becomes macroscopically unstable (i.e., it loses strong ellipticity). By keeping track of the evolution of the underlying microstructure, we find that such instabilities can be related to the development of “chevron” patterns.     

Explicit cross-property correlations for anisotropic two-phase composite materials

Explicit correlations between two groups of anisotropic effective properties—conductivity and elasticity—are established for two-phase composite materials with anisotropic microstructures (non-randomly oriented inclusions of non-spherical shapes). The correlations are derived in the framework of the non-interaction approximation. The elasticity tensor is expressed in terms of the conductivity tensor in closed form. Applications to realistic microstructures, containing mixtures of diverse inclusion shapes are given. Compliance/stiffness contribution tensors of an inclusion, that characterize the inclusion's contribution to the overall elastic response, are derived in the course of analysis; these results are of interest on their own.     

A perturbation boundary integral equation method for analysis of interaction between foundation and nonlinear rock and soil medium

A scheme is developed for analysing the interaction between a foundation and a nonlinear rock and soil medium, in which the foundation is considered as a linear elastic body and a typical boundary integral equation method (BIEM) is employed. On the basis of taking the nonlinear properties of the medium into account, a perturbation BIEM is developed. The fundamental equations for the nonlinear coupling analysis are formulated, and typical problems are solved and discussed by the present method.     

软弱顺倾岩体爆破层裂的准静态力学模型应用研究

针对顺倾岩质边坡爆破引起软弱夹层冲刷、压密而影响边坡稳定的问题,应用爆轰气体等熵绝热膨胀理论,建立深孔爆破过程中软弱顺倾边坡的准静态力学模型,导出了爆炸作用在软弱夹层内形成爆腔后的准静态压力和软弱层临界层裂长度计算公式。通过分析爆轰气体楔入层面内对边坡岩体产生的抬动作用,推得了边坡潜在滑体的稳定系数与装药参数、岩体力学参数和边坡几何尺寸的定量关系。将提出的准静态力学模型应用于两个典型顺倾岩质边坡的爆破动力稳定分析,得到了与工程实际相符合的计算结果。     

岩体结构识别的三角多项式函数模式图方法

通过构造工程岩体结构分类的三角多项式函数,基于实际工程的各种岩体结构的典型特征,建立数学模型,并利用其数学特征所展示的韵律进行岩体结构类型的划分和识别。应用这种方法对长江三峡工程坝基块状岩体及清江高坝洲层状坝基岩体典型岩体结构建立三角模式图,作为各种类型岩体结构的标准模式图。岩体结构识别的三角多项式函数模式图方法为工程岩体结构类型的定量划分提供了一种有效的方法。     

隧洞式内衬储气库极限储存压力解析解

隧洞式内衬储气库是一种新型能源储存方法,有助于平衡供需,推动国家由化石能源向绿色能源的持续过渡,有利于国家“碳中和、碳达峰”目标的实现.本文采用极限平衡方法和弹塑性分析方法推导隧洞式内衬储气库极限储存压力的解析解.在极限平衡方法中,考虑上覆围岩自重、破裂面受力和极限储存压力,选用刚性锥模型,推导了上限压力表达式;在弹塑性分析方法中,根据围岩中应力分布规律和剪切、抗拉强度,推导获得了弹塑性条件下上限与下限压力表达式.最终综合考虑两方法求得的结果,确定极限储存压力解析解.结果表明:极限平衡方法求得上限压力与埋深呈二次函数关系,且随着侧压力系数的增大而增大;弹塑性分析方法确定的上限压力和下限压力与埋深呈线性关系,下限压力随着侧压力系数的增大而减小,且Ⅰ级围岩条件下的内衬储气库不用考虑下限压力.在侧压力系数λ=1.2时上限压力最大,因此应尽量在侧压力系数为1.2的围岩条件下修建隧洞式储气库.最后根据典型工况下上限和下限压力曲线给出内衬洞室推荐压力范围.