摘要：为科学设计某矿螺旋钻机钻孔布置参数,根据钻孔周围应力分布特点,提出相邻钻孔间煤柱有效宽度的确定方法,确定单层钻孔排布关键参数;结合压力拱理论,提出以永久隔离煤柱中点处应力集中系数为永久隔离煤柱宽度合理性的判定标准;利用正交试验法设计9组正交试验方案,运用有限元差分软件进行数值模拟,基于压力拱理论分析模拟结果,选取最优方案。结果表明:较小的相邻钻孔间煤柱宽度使钻孔上原本各自独立的压力拱形成1个压力拱,关键层能有效地限制压力拱外边界高度,永久隔离煤柱能有效消除相邻钻孔群间影响;所提出的相邻钻孔间煤柱有效宽度确定方法适合螺旋钻机开采参数设计;方案9,即相邻钻孔数量25个,相邻钻孔间煤柱宽度1 m,永久隔离煤柱宽度10 m,关键层下围岩较稳定,监测煤柱内塑性区宽度与有效宽度比值0.4,永久隔离煤柱中点处应力集中系数1.382,相比之下,该方案属最优。

摘要：以国道318线某堆积体隧道工程为背景,采用相似模型试验和有限元数值仿真相结合的方法研究松散堆积体隧道开挖引起的围岩应力扰动特征与压力拱形成机理,详细分析围岩径、环向应力变化及其压力拱的形成与稳定机制。结果表明:拱部围岩松动范围和松弛幅度均较大且已经延伸至地表,而边墙部位扰动深度较小但松弛幅度较大;拱部120°范围内围岩表现出明显的径向松动和环向成拱效应,边墙部位0~0.55倍开挖跨度范围内的围岩径向和环向应力显著增大形成高度应力集中区,承担着压力拱及其上的围岩荷重。围岩成拱系数具有显著的空间变化规律,其中拱顶成拱系数最大且随掌子面开挖近似呈线性增大,边墙成拱系数次之但受开挖空间效应的影响范围很小,30°~60°范围的成拱系数只在掌子面前后6 m范围内开挖时增长较大但很快便趋于稳定;试验和计算压力拱形状均呈尖拱形,它的形成对于维持洞室的稳定和减小支护结构的受力具有十分重要的意义。

摘要：建立了水下隧道流固耦合数值模型,通过正交试验优化计算方案,分析土岩复合地层和全断面岩层拱顶竖直方向上围岩压力拱的成拱规律,并据此提出以成拱临界板厚为判据求解水下隧道合理覆岩厚度的思路,建立水下隧道合理覆岩厚度回归模型,并通过BP神经网络模型对回归模型进行评价与校验,结合佛莞城际狮子洋隧道工程,进行了合理覆岩厚度回归模型的应用算例分析。研究表明:土岩复合地层上覆岩层岩性较好时,压力拱高度主要受覆岩厚度影响,上覆岩层岩性较差时,压力拱高度主要受上覆软土厚度影响;压力拱高度随覆岩厚度增加线性增加,达到成拱临界板厚时,逐渐减小随后趋于稳定,上覆岩层岩性越差,成拱临界板厚越大;全断面岩层压力拱高度随覆岩厚度的变化比土岩复合地层平稳。算例分析表明,以成拱临界板厚为判据建立的合理覆岩厚度模型能给出较优的覆岩厚度预测值,可为土岩复合地层水下盾构隧道的设计和施工提供参考。

摘要：针对黄土连拱隧道复杂的施工力学特性,研究黄土连拱隧道动态开挖全过程中隧道轮廓位移、围岩的应力及压力拱分布规律.通过大型室内模型试验模拟黄土连拱隧道中的导洞开挖,利用相关监测元件对隧道轮廓位移、围岩的径向及环向应力进行采集和分析;采用有限差分软件对开挖过程的位移及压力拱进一步分析.研究表明:随着黄土连拱隧道不同导洞的开挖,各监测点位移时程曲线总体形状呈台阶形增长,且各台阶的增长对应各导洞初期开挖的位移突变;黄土连拱隧道的压力拱范围比同等级围岩的连拱隧道更大,先行导洞开挖完时,其拱顶压力拱大约为1 D(D为隧道洞高),单洞开挖完时,其拱顶压力拱范围大约1.5 D;从第一先行导洞开挖到双洞完成,中隔墙上部围岩压力拱范围经历了0.5 D→1 D→0.5 D→1 D的变化,形成了多次应力重分布,对此范围的围岩应及时注浆或打入锚杆,加强支护.

摘要：通过分析浅埋近水平煤层开采覆岩结构及破坏的特点,在压力拱和关键层理论的基础上建立了浅埋近水平煤层采场覆岩压力拱结构模型;认为该压力拱结构在工作面长度和推进方向上具有左右对称特征,压力拱发育至关键层后若关键层破断则基于破断位置重新起拱,若不破断则拱顶位于关键层附近,该压力拱结构模型能较好描述浅埋近水平煤层开采覆岩破坏形态。基于上述模型,分析了压力拱结构层和覆岩破坏区演化的突发性和阶段性特点,推导出了结构层压力拱轴线方程和覆岩破坏范围计算判据,分析了压力拱的极限变形量,给出关键层破断对压力拱发育影响的分析计算方法;通过对大柳塔矿52505工作面采场覆岩数值及理论分析,关键层破断后没有形成完整压力拱结构,导致地表出现塌陷。

摘要：为研究无衬砌黄土隧道压力拱分布及发展规律,开展不同荷载下直墙圆顶隧道开挖物理模型试验,采用微型土压力盒测试围岩变形稳定后的内部应力分布,并利用数值模拟进行对比分析.试验及数值模拟表明,距洞壁约1.5倍洞径范围内,无衬砌黄土隧道围岩存在应力明显增大的区域.当荷载超过一定限值后,洞壁一定范围内的土体应力不再随荷载的增大而增大,出现明显的压力拱边界,黄土隧道围岩表现出一定的压力拱特性.荷载在20kPa以下压力拱范围和边界几乎不变,隧道围岩可以自稳;荷载大于20kPa后,随着荷载增大,压力拱边界及范围逐渐扩大,直墙附近压力拱范围扩展最快,拱肩次之,底板最慢.各级荷载条件下,直墙底部附近压力拱范围最大,拱顶最小,形成了最利于受力的拱脚扩大式压力拱.

摘要：选取双线高铁隧道为研究对象,对隧道开挖过程中压力拱的形成及发展规律进行研究,得到以下结论:1)压力拱的演化规律分为三个阶段,即外边界形成阶段,内边界连通阶段,内、外边界发展阶段.2)对于软弱破碎围岩而言,应在压力拱发展的第一阶段,采取适当的超前支护措施,防止隧道周围松动区的连通.3)为了保证隧道施工过程中的安全,建议超前预支护的长度应大于1倍隧道跨度,重点对隧道的拱部180°范围进行预支护.相关研究成果为确定超前预支护时机及范围提供参考,对支护设计和指导隧道施工有着重要的意义.

摘要：普氏压力拱理论一直是我国隧道与地下工程设计的力学基础,但学界和工程界对此也有一定质疑,文章试图对此做些探索,以便澄清概念。通过应用有限元极限分析中的强度折减法和模型试验方法,分析了普氏压力拱的真实含意和形成条件,研究了洞跨、围岩强度与压力拱自稳的关系,研究了不同埋深条件下隧洞的破坏机理。结果表明:压力拱理论只在矩形和拱顶平缓以及围岩稳定且埋深不大的隧洞中才能成立;拱形隧洞不会形成压力拱;围岩强度太低,隧洞跨度太大,不会形成自稳的压力拱;围岩稳定性好,隧洞不会破坏,也不会形成压力拱;隧洞埋深较大时,两侧首先发生破坏,压力拱理论不起作用。

摘要：为研究大跨隧道锚固体系的协同承载机理,以压力拱效应为量化指标进行分析,根据围岩开挖应力分布特征,设置无支护开挖、单一预应力锚杆支护、预应力锚固体系联合支护3种工况,研究不同围岩条件在各工况作用下的压力拱动态演化机制。研究结果表明:压力拱位置和厚度均受围岩条件影响,围岩条件越差,压力拱位置距隧道边界越远且厚度越大,不利于围岩稳定性控制;压力拱成拱系数变化趋势与切向应力一致,呈先增大后减小趋势,且切应力集中区域成拱系数大于1;预应力锚固体系作用下压力拱向隧道边界处移动,可有效控制围岩压力拱的继续发展,使压力拱更快达到稳定,并减小压力拱范围,优化压力拱形态,使其趋于“圆拱形”;预应力锚固体系对于围岩压力拱的影响效果优于单一锚杆支护,尤其是当围岩条件较差时,其协同承载效应更为显著。

摘要：隧道开挖使得围岩应力重分布而产生拱效应,拱效应的作用范围与隧道支护结构设计的安全储备以及经济性密切相关,并且一直都是岩土工程界的一个重要研究课题。作者根据相似原理,选用中砂为实验材料,采用卸载支护压力模拟隧道开挖。通过实测不同支护力条件下洞周土体径向和环向的土压力数据,分析了土拱拱体在不同支护作用下的发展变化规律,结果表明:压力拱拱体内外边界随着支护压力的减小而不断扩大,最终达到厚度为1.3倍洞径左右的稳定压力拱拱体。研究结果对地下"洞"室的开挖以及衬砌设计具有参考意义。