基于热-结构耦合的含水疏松砂岩隧洞冻结施工数值分析

【目的】针对含水疏松砂岩冻结法施工问题,对冻结帷幕进行应力应变分析,为同类岩土的施工和设计提供依据,也为冻结法施工多场耦合数值模拟奠定基础。【方法】以甘肃引洮一期工程7#隧洞为例,在综合考虑隧洞掘进对温度场、位移场和应力场影响的基础上,依托热学理论及有限元分析软件ANSYS,对隧洞进行热-结构耦合三维数值模拟分析。【结果】通过对隧洞进行热-结构耦合三维数值模拟分析,得到隧洞冻结与开挖过程中冻结帷幕厚度为3.3m,温度场平均温度为-13.3℃,冻土帷幕最大沉降量为2.46mm,满足设计要求;同时通过对最危险断面的应力与应力强度进行对比,得到Y方向应力和切应力安全系数分别为5.57和7.95,大于规范中供设计时的最大参考值2.0。【结论】对于含水疏松砂岩冻结法施工,温度和结构具有相关性,热-结构耦合分析相比结构分析和热应力分析精确度更高。     

含水疏松砂岩隧洞冻结施工三维数值模拟

甘肃省引洮供水一期工程总干渠7#引水隧洞出口,采用冻结施工法成功穿越了含水疏松砂岩地层.应用大型有限元软件ANSYS,对冻结施工过程进行了三维数值模拟,分析了隧洞开挖过程中冻土帷幕的位移和应力分布情况,并提出了在施工过程中的一些安全保障措施,以便准确地掌握冻土温度的变化及冻土帷幕厚度发展状况,从而确定最优的开挖时间.分析结果及工程实践表明:最大拉、压、剪应力计算值分别为3.02、0.15和0.97Mpa,计算值相对于设计值的安全系数分别为13、1.9和1.5,并确定了其极值发生位置.同时也表明利用冻结施工法穿越含水疏松砂岩地层隧洞是合理的,研究结果可为引洮供水一期工程总干渠7#引水隧洞出口冻结施工提供理论支持,同时也为类似工程提供参考.     

多因素对高温隧洞稳定性的影响

【目的】研究洞室围岩温度场扰动对洞室地层热力学平衡和围岩热物理力学性能的影响,为隧洞设计与施工提供参考。【方法】通过建立地下隧洞几何模型和洞内环境热力学模型,针对新疆某高温隧洞,根据实测洞内环境温度及围岩温度,应用 ANSYS 有限元程序,对不同施工工况下围岩的温度场变化进行模拟,深入研究温度场下隧洞的埋深、围岩类别（Ⅲ、Ⅳ1和Ⅳ2类）等不同状况对隧洞围岩稳定性的扰动规律。【结果】大量系统的数值试验表明,在影响高温隧洞围岩稳定性的各因素中,温度和围岩类别是影响围岩温度应力的2个主要因素。初始温度场的温度越高或温度差越大、围岩类别越好,围岩的温度应力越大;洞室埋深的增大对围岩二次应力场及围岩位移场均有显著影响。【结论】得到了温度 、温差、围岩类别、埋深对高温隧洞稳定性的量化影响规律,对于高温隧洞问题,可参考上述规律并结合工程实际进行综合分析。     

顶部隐伏溶洞对隧洞位移影响特征分析

【目的】探究顶部隐伏溶洞对隧洞施工过程中隧洞结构位移特征的影响,给岩溶区隧洞的施工提供一定的依据.【方法】采用数值模拟的方法,运用大型通用有限元软件ANSYS,建立溶洞距隧洞顶部不同距离和不同大小时的有限元模型,分析隧洞结构上的位移变化特征.【结果】当溶洞与隧洞距离大于20m时,溶洞对隧洞各特征点竖向位移的影响变得很小;当溶洞长轴小于1.5m时,溶洞的存在对隧道各特征点竖向位移影响变得很小.【结论】溶洞与隧洞之间的围岩是施工中的最危险区域;随着溶洞与隧洞距离的增大,隧洞各特征点的竖向位移呈增大的趋势,而水平位移呈减小的趋势;随着溶洞由小变大,隧洞各特征点竖向位移呈减小的趋势而水平位移呈增大的趋势.     

盾尾刷更换时环形冻结加固方法的最佳布管位置

盾尾刷更换过程中,盾尾渗漏的防治与控制是盾构隧道施工中的关键.为此提出一种盾尾刷更换时环形冻结加固方法,通过数值建模方法分析采用一根环形冻结管时的最佳布管位置,并探究该环形冻土帷幕温度场的发展规律.结果 表明:盾尾刷更换时环形冻结加固方法打孔形式灵活,对管片耐久性影响不大,施工实用性强、加固效果特别是止水效果好且安全可...     

大型泄洪洞衬砌混凝土施工期温度场和温度应力的仿真计算

【目的】探明地下衬砌混凝土出现裂缝的原因,研究进一步采取综合温控措施防裂的有效性和合理性。【方法】结合工程实际情况,在考虑混凝土热力学参数随混凝土龄期的变化,以及坝体分层浇筑过程对温度应力影响的基础上,利用大型有限元软件对泄洪洞衬砌施工过程中的温度场和温度应力进行了三维仿真计算。【结果】仿真结果给出了衬砌混凝土温度场、温度应力分布及其随时间变化的规律,即于开浇后的第2天达到最大温度值,第3天即开始出现较大拉应力值,而极值出现在中后期。【结论】在混凝土浇筑过程中,应采取降低浇筑温度等措施;在浇筑后的10~28 d温降期间,要对混凝土表面施行流水养护等温控措施,严格各项施工规范。     

深基坑开挖对邻近通道影响的实测及数值分析

【目的】研究基坑开挖对邻近通道的影响,为邻近通道基坑开挖工程的设计与施工提供参考。【方法】以重庆某周围存在邻近人防洞通道的岩质深基坑工程为例,通过数值模拟和现场观测,研究土岩组合地层基坑与通道变形、通道拱脚推力及围岩破坏模式的关系。【结果】邻近通道会改变地表最大沉降点位置,土岩组合地层中地表沉降主要与基坑的水平位移和通道沉降有关。通道与基坑之间围岩间壁厚度较大时,隧洞破坏来自于拱顶;间壁厚度较小时,隧洞破坏来自于侧壁。由于受连续介质及隧道几何形态的影响,围岩会改变位移场传递的方向,通道主要表现为横向变形。【结论】邻近通道会增加基坑的水平位移与沉降,通道的破坏方式与间壁岩体厚度有关。     

浅埋黄土隧洞施工过程数值模拟

【目的】针对浅埋黄土隧洞顶覆土薄,自稳能力差,特别是开挖初期变形增长较快,极易产生坍塌的特征,利用有限元方法模拟隧洞不同施工工序的施工过程,通过比较得出较为合理的施工工序,以指导工程施工。【方法】结合某工程输水隧洞具体施工问题,利用有限元分析计算软件ADINA,建立该隧洞的施工过程数值模拟模型,对上行法和下行法2种开挖过程进行数值模拟,分析2种施工过程中硐室周围土体所产生的应力、应变、屈服区以及位移等。【结果】通过对隧洞施工工序的模拟分析,得到上行法开挖时的拱脚压应力是下行法开挖时的1.5倍,对于拱顶位移和塑性区范围,上行法开挖均大于下行法。【结论】虽然该黄土隧洞埋深较浅,断面较大,采用人工分层开挖,下行法和上行法2种工序均是稳定的,但下行法优于上行法。     

水泥改良土冻胀对地层位移场影响的三维有限元分析

为揭示水泥改良土冻胀对地层位移场的影响规律,促进人工冻结技术的发展,以南京地铁10号线盾构出洞水平冻结加固工程为例,对水泥改良土加固区冻胀引起的地层位移进行了三维数值模拟分析,研究了冻胀位移场的发展分布规律,并分析了不同因素变化对水泥改良土冻胀位移场的影响,计算结果表明:在冻土帷幕上方产生向上的冻胀位移,越靠近冻土帷幕,竖向位移越大;冻土帷幕左右两侧冻结时产生方向相反的水平位移;地表位移随着与出洞口距离的增加先增大后减小,最大冻胀位移并不在冻土帷幕的正上方;覆土厚度越大,地表位移越小;冻胀率、冻土壁厚度和冻土壁长度越大,地表位移越大;冻胀率和冻土壁厚度变化对位移场分布无影响,覆土厚度和冻土壁长度变化既影响水泥土冻胀位移场的大小,也影响位移场的分布。     

大体积混凝土结构表面保温计算方法研究

【目的】通过算例对比分析等效表面散热系数法、等效厚度法、导热系数法、导温系数法在计算保温板保温效果方面的异同,为大体积混凝土结构表面保温的计算提供依据。【方法】从热量平衡原理出发,推导了直接以导热系数、表面散热系数和热量为热传导方程基本参数的温度场计算方程,据此修改了以导温系数为基本参数的温度场有限元计算程序RCTS。【结果】利用修改后的温度场有限元计算程序RCTS,能够合理地计算由不同热学性能材料组成的复合结构的温度场,能模拟计算大体积混凝土结构任意部位在任意时段的表面保温效果。实例计算结果表明,导热系数法与等效表面散热系数法的计算结果比较接近;由于等效厚度法是等效表面散热系数法的近似处理,计算结果与前二者有一定差异,但相差不大;导温系数法往往得不到合理的结果。【结论】等效表面散热系数法计算方便,工作量小,效率高,精度能满足工程要求,具有工程应用价值。