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仰拱病害的电磁波响应特征模拟及三维成像

西南交通大学学报 2018年第5期53卷 900-905页

作者：蒋武军尹小波戴前伟张彬湖南省高速公路管理局湖南长沙410001 中南大学地球科学与信息物理学院湖南长沙410083

为提高隧道仰拱病害的电磁波三维成像效率和探测精度,提出一种基于旋转交错网格(rotated staggered grid, RSG)数值模拟及偏移成像理论的波场分析方法,建立了仰拱典型病害的RSG数值模型,模拟了电磁波在隧道仰拱及隧道底层结构中的复杂... 详细信息

为提高隧道仰拱病害的电磁波三维成像效率和探测精度,提出一种基于旋转交错网格(rotated staggered grid, RSG)数值模拟及偏移成像理论的波场分析方法,建立了仰拱典型病害的RSG数值模型,模拟了电磁波在隧道仰拱及隧道底层结构中的复杂传播情况,分析了电磁波的衰减、绕射、频散等电磁响应特征及道集信号,然后基于RSG偏移成像理论,并通过局部刻画和三维切片等技术,开展了隧道仰拱病害电磁波模拟数据的RSG三维成像研究.结果表明:仰拱中钢筋与钢支撑混凝土介质的电场幅值均大于6.5×10~4V/m,仰拱病害的电场幅值约为6.0×10~4 V/m, RSG三维成像及分析方法兼顾了电磁波横纵向分辨率,刻画出了软弱夹层介质内部的疏松情况和起伏形态,提高了电磁波对仰拱病害的成像精度.

关键词：隧道仰拱电磁波仿真建模电磁响应特征三维偏移成像

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泥质石灰岩地层高速铁路隧道底鼓原因分析

隧道建设（中英文） 2023年第6期43卷 1075-1088页

作者：徐怀仁中铁二院工程集团有限责任公司四川成都610031

针对泥质石灰岩地层高速铁路隧道底鼓现象,为底鼓整治措施提供理论依据和数据支撑,依托西成高铁ZJY隧道,通过分析隧道监控量测、仰拱填充及轨道板结构变形、底部围岩变形和仰拱结构受力数据,研究隧道底部荷载分布特征及对结构的影响。... 详细信息

针对泥质石灰岩地层高速铁路隧道底鼓现象,为底鼓整治措施提供理论依据和数据支撑,依托西成高铁ZJY隧道,通过分析隧道监控量测、仰拱填充及轨道板结构变形、底部围岩变形和仰拱结构受力数据,研究隧道底部荷载分布特征及对结构的影响。采用分析隧道初始应力场和开挖应力场的方法,结合岩体物质成分及微观结构鉴定、膨胀性和蠕变试验,以应力场为纽带,提出隧道周边岩层的物理力学分区,建立隧道分层差异蠕变模型。研究结果表明:1)隧道底鼓是岩体蠕变造成的。2)隧道开挖后底部应力重分布影响区中靠近仰拱的15 m范围内微晶结构方解石发生大量持续蠕变造成底鼓变形。3)模型显示,隧道开挖前地层岩性差异形成不均匀的初始应力场,隧道开挖后在仰拱下方不同深度将形成多个承载区,深浅承载区内岩性差异的岩体同时发生蠕变变形。4)隧道开挖前地层中存在蠕变现象,同一岩性地层内水平差应力中位数较最大值降低超25%。5)隧道开挖后泥灰岩地层蠕变成分最高达80%左右,发生蠕变的差应力门槛,约5 MPa(下限)。6)蠕变试验显示,在隧道等效圆仰拱下方0.5 m左右,可能存在蠕变的差应力峰值,约15 MPa(上限),推测仰拱接触应力的峰值可能在1 MPa左右。

关键词：高速铁路隧道蠕变底鼓荷载仰拱泥质石灰岩

高地应力软岩隧道仰拱结构受力特性与参数优化

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公路交通科技 2024年第1期41卷 126-137,159页

作者：陈建勋牛嘉伟刘伟伟罗彦斌陈丽俊长安大学公路学院陕西西安710064

为探索高地应力软岩隧道施工期间仰拱结构受力特性与合理支护参数,以陕西省宝汉高速公路连城山隧道工程为依托,针对仰拱施工病害及其主要影响因子,采用现场试验与数值模拟相结合的方法,探讨了不同影响因素下的仰拱结构变形与力学响应,... 详细信息

为探索高地应力软岩隧道施工期间仰拱结构受力特性与合理支护参数,以陕西省宝汉高速公路连城山隧道工程为依托,针对仰拱施工病害及其主要影响因子,采用现场试验与数值模拟相结合的方法,探讨了不同影响因素下的仰拱结构变形与力学响应,分析了仰拱结构变形与受力对不同影响因素的敏感性,基于仰拱结构病害特征及数值模拟结果,对仰拱半径(深度)、仰拱厚度等支护参数进行了优化,并进行了工程验证。结果表明:连城山隧道施工期间仰拱二次衬砌最大接触压力达1.034 MPa,混凝土最大应力超过其抗压强度(30 MPa),出现了仰拱回填隆起、开裂等病害,仰拱设计支护参数难以保障结构稳定;地应力水平和基底围岩劣化对仰拱结构变形与受力状态均有显著影响,其中基底软化深度的影响最为突出,地应力水平次之;减小仰拱半径、增大仰拱厚度、增大仰拱钢筋直径、减小仰拱钢筋间距均能显著抑制仰拱变形,而提高混凝土强度等级对控制仰拱变形效果不明显,且经济性较差;优化后的仰拱受力得以明显改善,有效控制了仰拱结构病害,避免了频繁拆换仰拱,保障了隧道结构安全稳定。研究成果可为类似软岩隧道仰拱变形控制及病害防治提供重要借鉴。

关键词：隧道工程受力特性现场试验参数优化仰拱软岩

膨胀性围岩时高速铁路隧道仰拱的底鼓机理及破坏模式

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中国铁道科学 2019年第6期40卷 78-85页

作者：杜明庆董飞李奥曹玺曾柯涵周秋爽青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033 苏交科集团股份有限公司交通规划设计院江苏南京210019 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 中建八局第一建设有限公司山东济南250100

为确定膨胀性围岩时高速铁路隧道仰拱的底鼓机理及破坏模式,从围岩膨胀机理出发,分析膨胀性围岩遇水膨胀后引起的隧道仰拱底鼓破坏模式及过程,推导仰拱各截面弯矩及轴力的计算公式;基于室内模型试验及扩展有限元模拟对膨胀性围岩时仰拱... 详细信息

为确定膨胀性围岩时高速铁路隧道仰拱的底鼓机理及破坏模式,从围岩膨胀机理出发,分析膨胀性围岩遇水膨胀后引起的隧道仰拱底鼓破坏模式及过程,推导仰拱各截面弯矩及轴力的计算公式;基于室内模型试验及扩展有限元模拟对膨胀性围岩时仰拱底鼓的基本破坏模式进行研究。结果表明:膨胀性围岩吸水膨胀后产生的膨胀力同时作用于仰拱和围岩,迫使未膨胀围岩裂隙扩展,并提供水分迁移路径,导致未膨胀围岩膨胀;围岩膨胀过程中产生的膨胀力作用于仰拱上,迫使仰拱产生向上的隆起变形;仰拱底鼓属于受弯破坏,中心位置首先出现拉裂缝,随后逐步沿纵向和竖向贯通;最大弯矩出现在仰拱中心位置;仰拱2侧拱脚位置受上部衬砌的限制而隆起变形有限,仰拱中心位置基本处于无约束状态而隆起变形较大,导致仰拱形成W形的隆起破坏模式,故中心位置为仰拱的易损位置,在进行高速铁路隧道仰拱设计时,应重点考虑中心位置的仰拱。

关键词：高速铁路隧道仰拱膨胀性围岩底鼓机理仰拱破坏模式仰拱内力

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关于铁路隧道仰拱与填充整体浇筑的探讨

隧道建设（中英文） 2021年第S01期41卷 63-69页

作者：卿伟宸钟昌桂曾宏飞中铁二院工程集团有限责任公司四川成都610031

为探讨隧道仰拱及仰拱填充整体浇筑的可能性,解决仰拱与仰拱填充分开浇筑与整体浇筑的争论,采用数值计算手段,建立荷载-结构模型,针对填充体不设置中心沟(管)、设置中心管、设置中心沟3种情况,分析仰拱填充不同浇筑时机对衬砌结构受力... 详细信息

为探讨隧道仰拱及仰拱填充整体浇筑的可能性,解决仰拱与仰拱填充分开浇筑与整体浇筑的争论,采用数值计算手段,建立荷载-结构模型,针对填充体不设置中心沟(管)、设置中心管、设置中心沟3种情况,分析仰拱填充不同浇筑时机对衬砌结构受力性能影响差异。研究结果表明:1)当仰拱填充内不设置中心管(沟),仰拱填充与仰拱整体施作,基本不影响衬砌结构受力性能;2)当仰拱填充内设置中心管,仰拱填充与仰拱整体浇筑,对衬砌结构受力性能影响较小,但填充表面中心处拉应力较大,为分开浇筑工况的7倍以上,加之中心管上部填充体厚度较薄,对抗拉不利,易开裂破坏,仰拱不宜与填充整体施作;3)当仰拱填充设置中心沟,仰拱填充与仰拱整体浇筑,对衬砌结构整体受力较为不利,不宜整体施作。

关键词：铁路隧道仰拱仰拱填充分开浇筑整体浇筑数值模拟

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石膏质岩膨胀性及其对隧道仰拱影响研究

湖南大学学报（自然科学版） 2018年第1期45卷 142-149页

作者：吴建勋任松欧阳汛范金洋邓高岭李振元重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044

研究石膏质岩的膨胀性,对确保穿越石膏质岩层隧道的仰拱稳定具有重要的实践意义.采用WG型固结仪及TWJ数据采集处理系统,对脱水石膏、硬石膏和石膏进行侧限自由膨胀试验;对脱水石膏和硬石膏进行膨胀力试验.试验结果表明:脱水石膏和硬石... 详细信息

研究石膏质岩的膨胀性,对确保穿越石膏质岩层隧道的仰拱稳定具有重要的实践意义.采用WG型固结仪及TWJ数据采集处理系统,对脱水石膏、硬石膏和石膏进行侧限自由膨胀试验;对脱水石膏和硬石膏进行膨胀力试验.试验结果表明:脱水石膏和硬石膏膨胀应变-时间曲线都表现出"S"形特征;两者膨胀变形明显,膨胀600min时脱水石膏和硬石膏测得的最小膨胀应变分别为9%和0.4%,而石膏膨胀变形不明显,膨胀40d内测得最大膨胀应变只有0.12%;脱水石膏和硬石膏的膨胀应变都随膨胀应力的增大而减小,且膨胀应力与膨胀应变曲线都表现出凹型特征.基于侧限自由膨胀试验结果,建立了脱水石膏和硬石膏的"S"形膨胀应变-时间模型,经验证,该模型优于传统的指数模型;基于膨胀力试验结果,建立了脱水石膏和硬石膏膨胀应力-应变模型;综合实验结果及特征线理论,建立了硬石膏围岩的特征线,用以指导仰拱抗膨胀设计.

关键词：石膏质岩膨胀模型仰拱特征线

用全封闭格栅钢架控制膨胀性软岩巷道变形破坏的研究与实践

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岩石力学与工程学报 2017年第A01期36卷 3392-3400页

作者：张厚江焦玉勇孟昭君王浩覃卫民 AMOUSSOU Coffi Adoko 赵强中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 贵州大方煤业公司贵州毕节551600 博茨瓦纳国际科技大学

膨胀软岩巷道围岩黏土矿物含量高、自身强度低、亲水膨胀性强,在复杂地应力和水理作用下极易发生变形失稳。结合小屯矿轨道大巷支护变更工程实践,通过地质调查、现场观测及室内试验等手段分析发现:巷道渗水量大,围岩节理裂隙发育、孔隙... 详细信息

膨胀软岩巷道围岩黏土矿物含量高、自身强度低、亲水膨胀性强,在复杂地应力和水理作用下极易发生变形失稳。结合小屯矿轨道大巷支护变更工程实践,通过地质调查、现场观测及室内试验等手段分析发现:巷道渗水量大,围岩节理裂隙发育、孔隙率高,膨胀性黏土含量高,水化作用后耐崩解性差都加剧了围岩的变形失稳。针对性地提出以格栅钢架为主体结构的"全封闭格栅钢架+挂网+锚杆+喷射/浇筑混凝土"联合支护体系,通过数值模拟,揭示了全封闭支护设计的整体性优势,并对支护方案的格栅钢架间距和锚杆长度进行优化,制定出适用现场工况的钢架规格参数及其施工工艺流程。同时辅以集水坑降低底板水位,最终以全封闭格栅钢架为主体结构的联合支护体系有效地控制了巷道围岩变形,在小屯煤矿膨胀软岩巷道取得了成功应用。

关键词：采矿工程格栅钢架全封闭软岩巷道黏土矿物仰拱

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仰拱处开槽深度最优值及围岩破坏机理

应用力学学报 2015年第2期32卷 311-316,358页

作者：王胜辽宁建筑职业学院111000辽阳

以大连黄泥川现役隧道仰拱处开槽铺设水管工程为实例,采用室内实验及工程类比等方法,结合现场实际情况,确定相似实验原材料为中砂、石膏粉、425普通硅酸盐水泥,配合比选用相似程度最高的755组。针对仰拱处不同深度开槽隧道围岩的变形破... 详细信息

以大连黄泥川现役隧道仰拱处开槽铺设水管工程为实例,采用室内实验及工程类比等方法,结合现场实际情况,确定相似实验原材料为中砂、石膏粉、425普通硅酸盐水泥,配合比选用相似程度最高的755组。针对仰拱处不同深度开槽隧道围岩的变形破坏机理进行研究,采用相似模型实验、数值模拟,结果表明:开槽后仰拱处的承载能力较未开槽时变强;当开槽深度小于2m时,仰拱处的承载能力随着开槽深度的增大而变强,但是当开槽深度超过2m后,承载能力随着开槽深度增加而变弱;而开槽深度不超过2m时,槽底最先受拉破坏,开槽深度超过2m时,拱顶最先受拉破坏;开槽深度为2m时,承载能力最大,说明此开槽深度为最优值。

关键词：现役隧道仰拱模型实验破坏机理开槽深度最优值

Ⅲ_1级围岩三车道公路隧道仰拱设置问题研究

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现代隧道技术 2018年第2期55卷 103-109页

作者：王可意徐东强孙晓杉河北工程大学土木工程学院邯郸056038 河北工业大学土木工程学院天津300401

《JTG D70-2004公路隧道设计规范》中规定Ⅲ级围岩三车道隧道需设置厚45 cm仰拱混凝土,而《JTG-T D70-2010公路隧道设计细则》中则规定可以取消仰拱。鉴于此,文章依托省界隧道工程实例,采用有限差分软件,对Ⅲ_1级围岩情况下平底和仰拱... 详细信息

《JTG D70-2004公路隧道设计规范》中规定Ⅲ级围岩三车道隧道需设置厚45 cm仰拱混凝土,而《JTG-T D70-2010公路隧道设计细则》中则规定可以取消仰拱。鉴于此,文章依托省界隧道工程实例,采用有限差分软件,对Ⅲ_1级围岩情况下平底和仰拱两种支护结构形式进行了模拟对比分析,结合现场监控量测结果表明:Ⅲ_1级围岩三车道平底隧道和仰拱隧道整体的竖向位移、竖向应力及塑性区体积均相差在5%以内,Ⅲ_1级围岩三车道隧道可以采用平底结构形式代替仰拱,平底结构支护形式可以满足工程结构稳定性要求。

关键词：公路隧道 Ⅲ_1级围岩平底仰拱围岩-支护结构稳定性分析数值模拟现场监测