亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        中老鐵路高地應(yīng)力軟巖隧道合理支護(hù)時(shí)機(jī)研究

        2024-01-01 00:00:00馬有良羅勝利伍容兵張志強(qiáng)
        四川建筑 2024年3期
        關(guān)鍵詞:安全系數(shù)

        【摘 要】依托中老鐵路安定隧道開展研究。通過建立圍巖安全系數(shù)與掌子面推進(jìn)距離間的關(guān)系,形成合理支護(hù)時(shí)機(jī)確定方法。基于地應(yīng)力實(shí)測(cè)結(jié)果,采用有限差分軟件對(duì)不同圍巖等級(jí)條件下高地應(yīng)力軟巖隧道開挖過程進(jìn)行模擬,分析圍巖位移演化規(guī)律及圍巖安全系數(shù)變化規(guī)律,確定合理支護(hù)時(shí)機(jī)。研究結(jié)果表明:(1)III級(jí)圍巖條件下,圍巖整體位移完成系數(shù)與應(yīng)力釋放率近似呈線性關(guān)系,而IV和V級(jí)圍巖的整體位移完成系數(shù)變化速率則呈現(xiàn)明顯的先增大,后減小的趨勢(shì);(2)各級(jí)圍巖條件下的整體安全系數(shù)演化曲線的變化規(guī)律基本一致,數(shù)值上存在差異;(3)各級(jí)圍巖條件下整體變形趨勢(shì)相同,圍巖條件越差,掌子面前方圍巖的預(yù)收斂變形越明顯;(4)III、IV級(jí)圍巖條件下,合理支護(hù)時(shí)機(jī)分別為掌子面通過目標(biāo)斷面12.5 m,0.5 m,V級(jí)圍巖則需超前支護(hù)確保隧道圍巖穩(wěn)定。研究成果可為高地應(yīng)力軟巖隧道合理的支護(hù)方案設(shè)計(jì)提供參考。

        【關(guān)鍵詞】高地應(yīng)力; 安全系數(shù); 位移完成系數(shù); 支護(hù)時(shí)機(jī); 有限差分

        【中圖分類號(hào)】U455.7【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

        0 引言

        近年來,交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需求在不斷增加,使得隧道工程往往不可避免地要穿越大量復(fù)雜不良地層環(huán)境,在復(fù)雜環(huán)境下修建隧道已經(jīng)成為制約工期和工程投資的控制性工程。選擇合理支護(hù)時(shí)機(jī)是此類隧道控制圍巖變形和保證結(jié)構(gòu)安全性的關(guān)鍵,近年來也成為技術(shù)研究的重點(diǎn)。

        目前,針對(duì)高地應(yīng)力條件下軟巖隧道開挖過程中的圍巖變形特征及其支護(hù)結(jié)構(gòu)施作時(shí)機(jī)問題進(jìn)行了大量研究工作。楊鑫等[1]針對(duì)中老鐵路沿線隧道穿越縫合帶出現(xiàn)的大變形問題開展了研究,分析了初期支護(hù)變形破壞特征并提出了相應(yīng)控制措施。劉千里等[2]采用現(xiàn)場測(cè)試分析掌握了高地應(yīng)力軟巖圍巖松動(dòng)圈范圍以及隧道大變形特征。進(jìn)而提出了優(yōu)化斷面形式、超前支護(hù)、注漿加固等變形控制措施。袁青等[3]依托某富水淺埋軟弱圍巖隧道,對(duì)隧道變形特征、致災(zāi)因素以及力學(xué)破壞模式進(jìn)行了研究,提出了包含掌子面排水、超前支護(hù)等措施在內(nèi)的“內(nèi)外結(jié)合”的主動(dòng)控制理念。譚忠盛等[4]采用室內(nèi)外試驗(yàn)和數(shù)值仿真研究了軟巖隧道地應(yīng)力環(huán)境、圍巖條件以及隧道變形演化規(guī)律,進(jìn)而提出了優(yōu)化斷面結(jié)構(gòu)形式、更換開挖方法以及調(diào)整支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)等針對(duì)性控制措施。周子寒等[5]基于DP準(zhǔn)則,建立了確定支護(hù)結(jié)構(gòu)體系支護(hù)時(shí)機(jī)的力學(xué)模型,分別對(duì)圍巖級(jí)別、埋深條件下的支護(hù)時(shí)機(jī)進(jìn)行了計(jì)算分析。

        綜上所述,許多學(xué)者對(duì)高地應(yīng)力軟巖隧道的圍巖變形演化規(guī)律和大變形控制措施進(jìn)行了研究。針對(duì)隧道合理支護(hù)時(shí)機(jī)也有一定研究成果,但大多從結(jié)構(gòu)的安全性入手,并未考慮支護(hù)時(shí)機(jī)與圍巖變形趨勢(shì)的互饋關(guān)系?;诖?,本文依托中老鐵路安定隧道開展高地應(yīng)軟弱圍巖條件隧道合理支護(hù)時(shí)機(jī)研究?;谀?庫倫準(zhǔn)則提出評(píng)價(jià)巖體安全狀態(tài)的方法,進(jìn)而建立圍巖安全系數(shù)與支護(hù)時(shí)機(jī)的關(guān)系?;诮Y(jié)合實(shí)測(cè)地應(yīng)力條件,對(duì)不同圍巖等級(jí)隧道合理支護(hù)時(shí)機(jī)進(jìn)行計(jì)算和分析。

        1 依托工程概況及模型建立

        1.1 依托工程概況

        安定隧道全長17.46 km,局部具有高地應(yīng)力,Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖段落占隧道長度的80%,圍巖“強(qiáng)度應(yīng)力比”低,隧道開挖后,掌子面溜塌、圍巖變形侵占襯砌凈空頻繁發(fā)生。為探明圍巖大變形段的地應(yīng)力條件,進(jìn)行了水壓致裂原地應(yīng)力測(cè)量,得到最大和最小水平主應(yīng)力σH和σh分別為25.12 MPa和18.27 MPa。最大水平主應(yīng)力σH均大于計(jì)算垂直應(yīng)力σv,兩者的比值在1.15~1.71之間,隨埋深增大有逐漸減小的趨勢(shì)。

        1.2 數(shù)值模型

        為了減小荷載邊界效應(yīng)的影響,計(jì)算模型邊界條件設(shè)置如下:水平方向自隧道中心線至模型兩邊取50 m,模型沿隧道縱向取50 m,模型拱頂以上高度為50 m。根據(jù)隧道尺寸及邊界條件建立各計(jì)算工況的模型圖1所示。

        在本次的開挖模擬計(jì)算過程中,采用微臺(tái)階法模擬開挖,以1 m為一個(gè)開挖步,臺(tái)階長度為3 m,臺(tái)階同步向前推進(jìn)。按照對(duì)應(yīng)工法的工序開挖、支護(hù)交替,這樣不斷地循環(huán)來模擬整個(gè)隧道的開挖及支護(hù)過程。擬在垂直于隧道軸線、z=25 m處的開挖截面附近對(duì)洞周位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

        1.3 計(jì)算參數(shù)選取

        模擬中的地層參數(shù)按鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范的推薦范圍進(jìn)行選取,模擬參數(shù)如表1所示。

        2 支護(hù)時(shí)機(jī)確定方法

        2.1 巖體安全系數(shù)評(píng)價(jià)方法

        為表征巖體的安全程度,工程研究人員提出了安全系數(shù)的概念見式(1)。

        F=H(x)/f(σ)(1)

        式中:H為材料參數(shù),是標(biāo)量的內(nèi)變量χ的函數(shù);F為安全系數(shù),F(xiàn)gt;1,表示在屈服面內(nèi)部未屈服,F(xiàn)=1,表示在屈服面上處于臨界狀態(tài),F(xiàn)lt;l,表示在屈服面外部發(fā)生剪切破壞。

        根據(jù)摩爾-庫倫屈服準(zhǔn)則,判斷巖體中任意一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)與強(qiáng)度包絡(luò)線的距離,如圖2所示。

        將強(qiáng)度包絡(luò)線向下平移,即對(duì)應(yīng)儲(chǔ)備安全裕度,則基于摩爾-庫倫屈服準(zhǔn)則的安全系數(shù)為式(2)。

        F=|AC′||AB|=c′cos+(σ1+σ3)/2sin(σ1-σ3)/2(2)

        2.2 圍巖縱向變形曲線

        圍巖縱向變形曲線(LDP)是指掌子面附近巖體的收斂位移曲線,典型圍巖縱向變形曲線如圖3所示。

        巖土工程與地下工程馬有良, 羅勝利, 伍容兵, 等: 中老鐵路高地應(yīng)力軟巖隧道合理支護(hù)時(shí)機(jī)研究

        可見,隨掌子面推進(jìn),目標(biāo)斷面變形量逐漸增大,變形量增長速率呈先增大后減小的趨勢(shì)。為表征不同圍巖條件下的變形演化規(guī)律,對(duì)變形曲線進(jìn)行歸一化處理,得到位移完成系數(shù)λ。為建立位移完成系數(shù)和圍巖安全系數(shù)的關(guān)系,對(duì)隧道開挖應(yīng)力釋放過程進(jìn)行數(shù)值模擬。得到不同應(yīng)力釋放率對(duì)應(yīng)的圍巖的位移以及安全系數(shù)。

        計(jì)算目標(biāo)斷面洞周各圍巖單元的安全系數(shù),記為F1r,F(xiàn)2r,…,F(xiàn)nr,為消除個(gè)別單元極端值的影響,取各單元的幾何平均作為某一圍巖應(yīng)力釋放率(r)下的圍巖整體安全系數(shù)Fr見式(3)。

        Fr=F1rF2r…Fnr(3)

        分別計(jì)算各應(yīng)力釋放率對(duì)應(yīng)的整體安全系數(shù),形成應(yīng)力釋放率與安全系數(shù)的關(guān)系曲線,即r-Fr曲線。

        同樣,計(jì)算目標(biāo)斷面洞周各圍巖單元的位移完成系數(shù),記為λ1r,λ2r…λnr,為消除個(gè)別單元極端值的影響,取各單元的幾何平均作為某一圍巖應(yīng)力釋放率(r)下的圍巖整體安全系數(shù)λr見式(4)。

        λi=λi1λi2…λin(4)

        分別計(jì)算各應(yīng)力釋放率對(duì)應(yīng)的整體位移完成系數(shù),形成應(yīng)力釋放率與位移系數(shù)的關(guān)系曲線,即r-λr曲線。

        2.3 合理支護(hù)時(shí)機(jī)確定方法

        合理的支護(hù)時(shí)機(jī)確定方法應(yīng)根據(jù)圍巖的應(yīng)力狀態(tài)來確定,因此基于上節(jié)中的圍巖狀態(tài)評(píng)價(jià)方法,現(xiàn)采用r-曲線(應(yīng)力釋放率vs圍巖整體安全系數(shù))、r-λ-曲線(應(yīng)力釋放率vs圍巖整體位移完成系數(shù))、x-λ-曲線(相對(duì)掌子面距離-圍巖整體位移完成系數(shù))共同確定。原理如圖4所示。

        具體流程:

        (1)獲取圍巖整體安全系數(shù)F-隨應(yīng)力釋放率r的變化關(guān)系,即r-F-曲線,確定合理的安全系數(shù)臨界值,進(jìn)而通過r-F-曲線確定臨界應(yīng)力釋放率。

        (2)獲取圍巖整體位移完成系數(shù)λ-隨應(yīng)力釋放率r的變化關(guān)系,即r-λ-曲線,由r-λ-曲線以及臨界應(yīng)力釋放率確定對(duì)應(yīng)的臨界位移完成系數(shù)。

        (3)獲取圍巖整體位移完成系數(shù)λ-與相對(duì)掌子面距離x的變化關(guān)系,即x-λ-曲線,由x-λ-曲線以及臨界位移完成系數(shù)確定對(duì)應(yīng)的相對(duì)掌子面距離x,該x值即為合理支護(hù)位置(時(shí)機(jī))。

        3 計(jì)算結(jié)果分析

        3.1 圍巖位移縱向演化特征

        在此次模擬中將掌子面推進(jìn)至距監(jiān)測(cè)斷面25 m處時(shí)的圍巖變形視為最終變形量,最終得到三種圍巖條件下的圍巖位移縱向演化規(guī)律,如圖5所示。將圍巖位移轉(zhuǎn)換為整體位移完成系數(shù)可以方便對(duì)比不同圍巖條件下的圍巖變形情況。

        可以看出,各級(jí)圍巖條件下整體變形趨勢(shì)相同。當(dāng)掌子面距離監(jiān)測(cè)斷面-10 m時(shí),三條曲線基本重合,之后開始出現(xiàn)明顯差異,當(dāng)掌子面到達(dá)監(jiān)測(cè)斷面時(shí),III級(jí)圍巖已產(chǎn)生的變形量與最終變形量的比值最小,為34.3%,IV級(jí)圍巖、V級(jí)圍巖分別為46.6%和52.2%,表明圍巖條件越差,掌子面前方圍巖的預(yù)收斂變形越明顯。圖5(b)可視為圖5(a)的曲線斜率,代表每一步開挖產(chǎn)生的位移變量與最終變形量的比值。

        3.2 支護(hù)時(shí)機(jī)確定

        根據(jù)上述流程,計(jì)算安全系數(shù)時(shí),為保證一定安全余量,已將Mohr-Coulomb強(qiáng)度包絡(luò)線向下平移,本文將臨界情況=1作為判定條件。以圍巖整體安全系數(shù)容許值及其對(duì)應(yīng)的應(yīng)力釋放率r作為支護(hù)時(shí)機(jī)的確定依據(jù),通過應(yīng)力釋放率建立r與x的圖形對(duì)應(yīng)關(guān)系,最終可以確定對(duì)應(yīng)的支護(hù)施加時(shí)相對(duì)掌子面的距離xs,即支護(hù)最晚施加的位置,見圖6~圖8。

        III級(jí)圍巖自穩(wěn)性好,掌子面通過監(jiān)測(cè)斷面12.5 m時(shí),圍巖整體安全系數(shù)下降至1.0,在此之前是支護(hù)的最佳時(shí)機(jī)。同理,按上述方法確定IV、V級(jí)圍巖條件下的合理支護(hù)時(shí)機(jī),如圖7、圖8所示。IV級(jí)圍巖情況下,圍巖自穩(wěn)性差,掌子面通過監(jiān)測(cè)斷面0.5 m時(shí),圍巖整體安全系數(shù)下降至1.0,表明開挖后需要立即支護(hù),以保證圍巖穩(wěn)定。而V級(jí)圍巖條件下,在掌子面距離監(jiān)測(cè)斷面還有7.5 m時(shí),安全系數(shù)便已不能滿足要求,表明需要采用超前支護(hù)才能保證隧道正常開挖。

        4 結(jié)論

        本文通過建立圍巖安全系數(shù)與開挖步的關(guān)系,提出了合理支護(hù)時(shí)機(jī)確定方法。基于地應(yīng)力實(shí)測(cè)結(jié)果,采用有限差分軟件對(duì)高地應(yīng)力軟巖隧道情況下,Ⅲ級(jí),Ⅳ級(jí),Ⅴ級(jí)的圍巖條件下合理支護(hù)時(shí)機(jī)進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明:

        (1)III級(jí)圍巖條件下,圍巖整體位移完成系數(shù)與應(yīng)力釋放率近似呈線性關(guān)系,而IV和V級(jí)圍巖的整體位移完成系數(shù)變化速率則呈現(xiàn)明顯的先增大,后減小的趨勢(shì)。

        (2)圍巖的安全系數(shù)大小與圍巖質(zhì)量直接相關(guān)。圍巖條件下的圍巖整體安全系數(shù)演化曲線的變化規(guī)律基本一致,數(shù)值上存在一定差異。

        (3)各級(jí)圍巖條件下整體變形趨勢(shì)相同,圍巖條件越差,圍巖的預(yù)收斂變形越明顯。

        (4)III級(jí)圍巖自穩(wěn)性好,掌子面通過監(jiān)測(cè)斷面12.5 m時(shí)是支護(hù)的最佳時(shí)機(jī);IV級(jí)圍巖情況下,圍巖自穩(wěn)性差,掌子面通過監(jiān)測(cè)斷面0.5 m時(shí)之前是支護(hù)的最佳時(shí)機(jī);而V級(jí)圍巖條件下,在掌子面距離監(jiān)測(cè)斷面還有7.5 m時(shí),安全系數(shù)已不滿足要求。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 楊鑫, 王建軍, 周波, 等. 中老鐵路沙嫩山隧道施工變形特征及控制技術(shù)[J].人民長江, 2022, 53(S2): 109-112.

        [2] 劉千里, 王永順, 王建軍, 等. 中老鐵路沙嫩山隧道大變形區(qū)段松動(dòng)圈發(fā)展規(guī)律及控制技術(shù)[J]. 鐵道建筑, 2022, 62(11): 103-106.

        [3] 袁青, 陳世豪, 肖靖, 等. 淺埋富水軟巖隧道大變形機(jī)理與控制研究[J]. 防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào), 2022, 42(4): 723-731.

        [4] 譚忠盛, 李松濤, 王建軍, 等. 中老鐵路隧道軟弱圍巖大變形特征試驗(yàn)研究[J].中國鐵道科學(xué), 2021, 42(4): 98-106.

        [5] 周子寒, 何川, 陳子全, 等. 基于圍巖變形主動(dòng)控制理念的隧道支護(hù)時(shí)機(jī)虛擬支撐力法[J]. 中國鐵道科學(xué), 2022, 43(6):76-88.

        [基金項(xiàng)目]高鐵聯(lián)合基金(項(xiàng)目編號(hào):U1934213)

        [作者簡介]馬有良(1972—),男,本科,高級(jí)工程師,研究方向?yàn)殍F路工程施工及建設(shè)管理。

        [通信作者]張志強(qiáng)(1968—),男,博士,教授,主要從事隧道工程與巖土工程方面的教學(xué)研究工作。

        猜你喜歡
        安全系數(shù)
        碎石土庫岸邊坡穩(wěn)定性及影響因素分析
        考慮材料性能分散性的航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)安全系數(shù)確定方法
        不同因素對(duì)填筑路堤邊坡穩(wěn)定性影響分析
        反壓護(hù)道對(duì)填土路基的穩(wěn)定性影響研究
        邊坡穩(wěn)定性分析中傳遞系數(shù)法顯式解和隱式解安全系數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系探討
        基于滑動(dòng)面傾角權(quán)重的邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)
        重力式擋土墻抗滑穩(wěn)定性安全系數(shù)的異性分析及經(jīng)驗(yàn)安全系數(shù)方法
        閘室樁基處理后水平抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)提高值的估算范圍研究
        電梯懸掛鋼絲繩安全系數(shù)方法的計(jì)算
        關(guān)于電梯懸掛鋼絲繩安全系數(shù)計(jì)算的一些探討
        午夜毛片午夜女人喷潮视频| 日韩av无码一区二区三区不卡| 中文字幕一精品亚洲无线一区| 午夜成人精品福利网站在线观看| 久久尤物AV天堂日日综合| 日本一区二区三本视频在线观看| 精品私密av一区二区三区| 激情综合色五月丁香六月欧美| 国产精品白浆在线观看无码专区| 91人妻无码成人精品一区91| 久久精品国产白丝爆白浆| 国产亚洲视频在线播放| 成人久久久久久久久久久| 亚洲AV秘 片一区二区三| 一区两区三区视频在线观看| 日本精品视频一区二区三区四区| 国产顶级熟妇高潮xxxxx| 精品无码AⅤ片| 亚洲天堂一二三四区在线| 亚洲精品久久国产精品| 伊人久久五月丁香综合中文亚洲| 91产精品无码无套在线| 国产精品视频一区二区久久| 蜜臀av在线观看| 女人夜夜春高潮爽a∨片| 中文无码免费在线| 久久女人精品天堂av影院麻| 中文在线8资源库| 国产日产精品久久久久久| 91久久精品一二三区色| 男女性杂交内射女bbwxz| 久久国产精品二国产精品| 无码人妻少妇久久中文字幕| 激情五月开心五月麻豆| 伊人久久大香线蕉av网禁呦| 亚洲精品乱码久久久久久麻豆不卡 | 久久综合九色欧美综合狠狠| 香蕉视频在线精品视频| 日韩熟妇精品视频一区二区| 亚洲精品国产综合久久| 影音先锋中文字幕无码资源站 |