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考虑底部塑性区的深埋隧洞围岩压力上限解

中南大学学报（自然科学版） 2024年第7期55卷 2625-2634页

作者：傅鹤林易海东胡凯巽李鲒中南大学土木工程学院湖南长沙410075

基于极限分析理论,提出一种适用于软弱围岩的深埋隧道围岩压力的计算方法。考虑隧道底部塑性变形区的影响,构建纺锤形的破坏模型。基于该破坏模型构建围岩速度场,引入侧压系数λ_(1)和底压系数λ_(2),推导围岩压力的理论计算公式。根据... 详细信息

基于极限分析理论,提出一种适用于软弱围岩的深埋隧道围岩压力的计算方法。考虑隧道底部塑性变形区的影响,构建纺锤形的破坏模型。基于该破坏模型构建围岩速度场,引入侧压系数λ_(1)和底压系数λ_(2),推导围岩压力的理论计算公式。根据计算公式进行编程优化计算,分析不同非线性系数m下,侧压系数λ_(1)、底压系数λ_(2)对围岩压力的影响。研究结果表明:随着内摩擦角减小,“纺锤”上下两端塑性区不断向外延伸;非线性系数m对围岩压力有显著影响,当非线性系数一致时,提高侧压系数λ_(1)可以降低拱顶和隧道底部压力,提高底压系数λ_(2)可以降低拱顶和边墙压力;在岩土体非线性特征明显的地区,计算深埋隧洞围岩压力时应考虑底部塑性区。

关键词：深埋隧道极限分析围岩压力上限解

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基于保角映射的断层影响区内隧道涌水量预测

华中科技大学学报（自然科学版） 2021年第1期49卷 86-92页

作者：傅鹤林李鲒成国文安鹏涛中南大学土木工程学院湖南长沙410075 广东省南粤交通投资建设有限公司广东广州510101

建立了断层影响区内衬砌隧道渗流模型.在该模型中,断层被视为地下水补给边界,以隧道涌水量作为衡量依据将隧道横断面内倾斜断层等效为竖向断层.利用镜像叠加原理将有限边界渗流问题转化为半无限空间渗流模型,再通过保角坐标变换和极坐... 详细信息

建立了断层影响区内衬砌隧道渗流模型.在该模型中,断层被视为地下水补给边界,以隧道涌水量作为衡量依据将隧道横断面内倾斜断层等效为竖向断层.利用镜像叠加原理将有限边界渗流问题转化为半无限空间渗流模型,再通过保角坐标变换和极坐标联立求解渗流微分方程,推导富水断层影响区内地下水头半解析公式,得到了隧道涌水量计算公式.经过退化验算、数值模拟及现场实测数据对比,验证了公式的正确性.在此基础上,探讨了地层与衬砌的相对渗透系数(KS/KL)、隧道与水位线的距离(h)、隧道与断层的距离(L)对涌水量的影响:KS/KL对涌水量的影响最显著;其次为h,h也会影响L的作用效果,h越大,L的影响程度也越大.施工过程中应加强注意衬砌防水措施的施作,隧道线路的选择应尽可能考虑埋深设计,避免高水头压力.

关键词：隧道涌水量预测等效断层镜像叠加原理保角变换半解析解渗流场

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基于能量考虑危害性与可能性的岩爆评价指标

华中科技大学学报（自然科学版） 2023年第10期51卷 126-133页

作者：李鲒傅鹤林李国良陈敬军中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学高速铁路建造技术国家工程实验室湖南长沙410075 中铁第一勘察设计院集团有限公司陕西西安710043

针对现有岩爆评价指标未能全面反映岩爆特征的问题,以冈底斯造山带花岗岩为研究对象,进行了不同速率条件下的单轴循环加卸载试验,揭示了岩石在加卸载过程中的响应机理及能量分配和演化,进而建立了弹性能演化的显示表达,基于该表达提出... 详细信息

针对现有岩爆评价指标未能全面反映岩爆特征的问题,以冈底斯造山带花岗岩为研究对象,进行了不同速率条件下的单轴循环加卸载试验,揭示了岩石在加卸载过程中的响应机理及能量分配和演化,进而建立了弹性能演化的显示表达,基于该表达提出了能同时反映危害性和可能性的岩爆危险性评价指标,利用最小损失函数法确定了相应判据.结果表明:在整个加载过程中,弹性能U^(e)变化和总输入能U^(o)的变化规律一致,Ue/U^(o)的演化可以用指数函数表示,且在压密阶段之后U^(e)为主要的能量占比;将弹性能同最大主应力与单轴抗压强度(UCS)比值的乘积作为岩爆危险性评价指标,应用于隧道岩爆等级评估,并与实际岩爆情况进行对比,证明了其合理性.

关键词：岩爆评价单轴循环加卸载变形机理能量演化最小损失函数法

断层影响区内隧道涌水的Goodman解析解

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铁道科学与工程学报 2022年第3期19卷 768-775页

作者：成国文李鲒傅鹤林安鹏涛广东省南粤交通投资建设有限公司广东广州510101 中南大学土木工程学院湖南长沙410075

隧道在富水地层穿越断层影响带时,往往伴随着突水的风险,给施工和结构安全带来极大隐患,因此有必要对断层影响区域内隧道涌水量进行预测。在Goodman井流假定的基础上,利用镜像叠加原理,推导隧道在断层影响区内开挖引起的地下水头分布的... 详细信息

隧道在富水地层穿越断层影响带时,往往伴随着突水的风险,给施工和结构安全带来极大隐患,因此有必要对断层影响区域内隧道涌水量进行预测。在Goodman井流假定的基础上,利用镜像叠加原理,推导隧道在断层影响区内开挖引起的地下水头分布的半解析公式,得到隧道涌水量的半解析解;经过对不同工况进行解析计算,并与数值计算的对比,证明所推导的半解析公式具有较好的适用性;通过将该公式应用于多种工况条件,充分探讨隧道和断层位置关系的几何参数对隧道涌水量的影响。研究结果表明:隧道与地下水位线之间的垂直距离对涌水量的影响最大,且当其他参数不变时,涌水量呈现出与该垂直距离近似线性增长的趋势。此外,横断面内隧道中心到断层面与水位面交点的水平距离以及断层倾角也会影响涌水量的大小。当水平距离越小,且断层倾角越大时,隧道涌水量变大,反之则变小。计算与分析结果可为后续隧道涌水量计算与控制提供指导。

关键词：隧道涌水量预测等效断层渗流场半解析解镜像叠加原理

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考虑注浆圈与复合衬砌时体外排水方式设计

湖南大学学报（自然科学版） 2022年第1期49卷 174-182页

作者：傅鹤林安鹏涛成国文王仁健李鲒余小辉中南大学土木工程学院湖南长沙410075 高速铁路建造技术国家工程实验室(中南大学) 湖南长沙410075 广东省南粤交通投资建设有限公司广东广州510101

基于反映法、叠加原理及渗流力学理论构建了是否含注浆圈的两种体外排水简化计算模型,推导了隧道与体外排水洞涌水量的计算公式、隧道二次衬砌外水压力表达式,通过解析退化验证了理论模型及解析公式的正确性与适用性,根据推导公式进行... 详细信息

基于反映法、叠加原理及渗流力学理论构建了是否含注浆圈的两种体外排水简化计算模型,推导了隧道与体外排水洞涌水量的计算公式、隧道二次衬砌外水压力表达式,通过解析退化验证了理论模型及解析公式的正确性与适用性,根据推导公式进行了参数敏感性分析,最后通过数值模拟进一步进行了检验.结果表明:体外排水洞与隧道涌水量均随注浆圈渗透系数的下降而非线性降低,隧道二次衬砌外水压力随注浆圈渗透系数的下降而非线性增大,但其临界值小于常规排水方式;增加初期支护的厚度可达到降低二次衬砌外水压力及隧道涌水量的目的;围岩与注浆圈、注浆圈与初期支护渗透系数合理比值分别为15与100,同时须严格控制二次衬砌渗透系数;排水洞洞径对体外排水洞涌水量影响显著,为保护地下水资源,体外排水洞洞径推荐为0.2 m.

关键词：体外排水方式渗流力学涌水量预测水压力注浆圈

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富水裂隙围岩隧道涌水量计算方法与规律分析

哈尔滨工业大学学报 2024年第3期56卷 110-116页

作者：傅鹤林安鹏涛伍毅敏李鲒陈龙中南大学土木工程学院长沙410075 高速铁路建造技术国家工程实验室(中南大学) 长沙410075

富水裂隙区隧道涌水量预测精度较差,涌水问题尚未得到较好的解决。针对此问题,视裂隙围岩及注浆区为非均质各向异性介质,初期支护及二次支护结构为均质各向同性介质,构建了裂隙围岩下隧道涌水简化计算模型,基于地下水力学理论及流体质... 详细信息

富水裂隙区隧道涌水量预测精度较差,涌水问题尚未得到较好的解决。针对此问题,视裂隙围岩及注浆区为非均质各向异性介质,初期支护及二次支护结构为均质各向同性介质,构建了裂隙围岩下隧道涌水简化计算模型,基于地下水力学理论及流体质量守恒定律推导了富水裂隙区隧道涌水量计算公式。通过退化分析及案例工程现场实测数据验证了构建富水裂隙区隧道涌水简化计算模型的合理性及涌水量计算式求解的正确性,最后基于解析解揭示了各特征参数对富水裂隙区隧道涌水的影响规律,探讨了富水裂隙区隧道涌水机制。结果表明:理论计算值与现场实测值最大相对误差为8.1%,验证了构建模型的合理性及公式推导的正确性;隧道涌水量随裂隙最大宽度的增加而增大,受堵水结构的联合制约,两者近似呈线性关系;注浆区厚度与隧道半径比值在2倍以内时,隧道涌水量受注浆区厚度的影响显著;富水裂隙区隧道涌水受裂隙分布规律及支护结构的制约,应重视对裂隙分布的调查。

关键词：富水裂隙涌水量注浆加固涌水灾害支护结构

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隧道掌子面附近涌水量预测研究

铁道工程学报 2021年第9期38卷 41-47页

作者：傅鹤林安鹏涛李凯李鲒余小辉陈龙中南大学长沙410075 广东省南粤交通投资建设有限公司广州510000

研究目的:针对二维渗流模型分析隧道掌子面附近渗流场的局限性问题,以掌子面所在平面为分界线,利用反映法将有界含水层用映射原理转变为无界问题,分别构建掌子面前后方涌水简化计算模型。基于流体质量守恒定律、达西定律及线性叠加原理... 详细信息

研究目的:针对二维渗流模型分析隧道掌子面附近渗流场的局限性问题,以掌子面所在平面为分界线,利用反映法将有界含水层用映射原理转变为无界问题,分别构建掌子面前后方涌水简化计算模型。基于流体质量守恒定律、达西定律及线性叠加原理推导涌水量计算公式,并与已有解析公式对比以检验公式的适用性,再对相关参数进行敏感性分析,最后通过与现场实测数据对比检验模型构建的合理性及公式推导的正确性。研究结论:(1)增加注浆圈厚度或降低其渗透性均对减小掌子面前后方涌水量有利,但掌子面后方对注浆圈厚度及渗透系数要求高于掌子面前方;(2)掌子面前后方涌水量均随隧道内缘水头高度的增加而线性减小;(3)有注浆设计时,掌子面前后方理论计算与实测误差分别为12.8%与5.1%,无注浆设计时,掌子面前后方理论计算与实测误差分别为10.7%及6.9%;(4)本研究成果可为隧道掌子面附近涌水量预测提供理论指导,为掌子面前后方加固设计提供理论依据。

关键词：渗流场涌水量预测掌子面注浆加固

隧道富水断层段全断面注浆时的缓冲层厚度研究

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中国铁道科学 2021年第4期42卷 78-87页

作者：傅鹤林安鹏涛李凯成国文李鲒张加兵中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学高速铁路建造技术国家工程试验室湖南长沙410075 广东省南粤交通投资建设有限公司广东广州510101

基于水力学和弹塑性理论,构建含缓冲层的隧道注浆计算模型,计算隧道支护结构及注浆圈外缘承担的渗水压力及隧道涌水量;研究支护结构、注浆圈及围岩的位移与应力解,利用数值模拟对构建模型的合理性进行验证;以穿越富水断层破碎带的某在... 详细信息

基于水力学和弹塑性理论,构建含缓冲层的隧道注浆计算模型,计算隧道支护结构及注浆圈外缘承担的渗水压力及隧道涌水量;研究支护结构、注浆圈及围岩的位移与应力解,利用数值模拟对构建模型的合理性进行验证;以穿越富水断层破碎带的某在建隧道为例,计算并确定其缓冲层厚度。结果表明:增设缓冲层后,支护结构外缘径向应力理论值与模拟值最大误差来自隧道拱顶,为7.3%;涌水量模拟值与理论值较为接近,理论值仅比模拟值小1.4%;随缓冲层厚度增加,支护结构外缘径向应力急剧下降,涌水量缓慢增加,当缓冲层厚度与隧道支护结构外径比值为0.10和0.30时,与无缓冲层时相比,支护结构外缘径向应力分别降低39.63%和118.88%,涌水量分别增加4.70%和14.10%;综合考虑受力与涌水因素,在建隧道缓冲层厚度与支护结构外径比值宜采用0.14。

关键词：隧道断层破碎带富水断层缓冲层注浆加固

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基于随机介质理论的浅埋偏压隧道沉降预测

铁道工程学报 2017年第9期34卷 70-76页

作者：傅鹤林李鲒王洪涛张加兵黄震中南大学长沙410075

研究目的:在偏压地形中,隧道开挖引起的地层损失可能导致倾斜地表和水平地表的沉降或隆起,造成地层及地面上建筑物发生不均匀沉降,影响建筑物的安全,因此有必要对隧道开挖引起的地表竖向位移进行估算与分析。研究结论:(1)论文基于随机... 详细信息

研究目的:在偏压地形中,隧道开挖引起的地层损失可能导致倾斜地表和水平地表的沉降或隆起,造成地层及地面上建筑物发生不均匀沉降,影响建筑物的安全,因此有必要对隧道开挖引起的地表竖向位移进行估算与分析。研究结论:(1)论文基于随机介质理论,推导了浅埋偏压盾构隧道开挖地表沉降公式;(2)通过理论推导修正了地表沉降公式计算所需的断面收敛区域U'-V';(3)计算过程中,为简化计算,采用极坐标改进了倾斜地表和水平地表沉降公式;(4)浅埋偏压条件下,倾斜地层坡度α≥45°时,位移变化速率明显加快;此外,地表竖向位移最大值同开挖单元深度与沉降半径之比呈现出一种线性关系;(5)隧道轴线到斜坡表面的垂直距离d<3.5R时,地表竖向位移变化也会加快,所以隧道修筑应尽量选择在d≥3.5R的位置;(6)该研究成果可为浅埋偏压隧道开挖的地表位移预测提供一种新途径,为地表位移控制提供技术支持。

关键词：浅埋偏压隧道地表沉降随机介质理论预测模型