Establishment of evaluating method for remedial works against long-term instability of tunnels due to deterioration of surrounding ground

周围地基劣化导致隧道长期失稳修复工程评价方法的建立

• 批准号: 18560484
• 负责人: ZHANG Feng
• 金额: $ 2.49万
• 依托单位: Nagoya Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18560484/
• 关键词: constitutive equation; soft rock; long-term instability; tunnel; lining; deterioration; remedial work; 土質力学

In this research, based on elasto-viscoplastic model with strain hardening and strain softening, finite element analyses were conducted to investigate the long-tem instability of tunnel in shuttered zone. The purpose of the research is to investigate the mechanism of the long-tem instability of the tunnel due to the time dependent behavior of surrounding ground. Particular attention has been paid to the redistribution of the stress within the ground due to the strain softening and the time dependent behaviors of soils. From the analysis, a new approach for assessing the long-term instability of tunnel and the effectiveness of the remedial work carried out for the tunnel was proposed. It is found that due to the time dependent behavior of the ground, the earth pressure acting on the tunnel lining changes constantly. It is also found that the existence of a cave may greatly change the distribution of the moment and may lead to the cracking of concrete. The remedial work, that is, the injection of mortar into existed cave, rock bolts and steel arching are found to be very effective in reducing the section force of lining. The calculated results are compared and checked with the results obtained from field measurements accumulated in a long period. It is found from the numerical analysis conducted in this research is capable of simulating the mechanism of long-term instability of tunnel and evaluating the effectiveness of the remedial works to a reasonable accuracy, by which it is possible to apply the method to field projects

本研究基于应变硬化-应变软化弹粘塑性模型，采用有限元方法研究了闭区隧道的长期失稳问题。本文的研究目的是探讨隧道围岩随时间变化而产生的长期失稳机理。特别注意的是由于应变软化和土壤的时间依赖行为引起的应力在地下的重新分布。在此基础上，提出了一种评估隧道长期失稳和隧道修复效果的新方法。研究发现，由于地基的时变特性，作用在隧道衬砌上的土压力是不断变化的。还发现，洞洞的存在可能会极大地改变弯矩的分布，并可能导致混凝土开裂。对存在的洞洞、锚杆、钢拱进行灌浆，对降低衬砌截面力是非常有效的。将计算结果与长期积累的现场实测结果进行了比较和校核。通过数值分析发现，该方法能够较好地模拟隧道长期失稳机理，并能较好地评价修复工程的效果，为实际工程应用提供了可能

项目成果

トンネルの長期変形挙動に関するモデル実験及び解析評価手法の研究-その1:軟岩のクリープを考慮したトンネル模型実験-

隧道长期变形行为模型试验及分析评价方法研究 第1部分：考虑软岩蠕变的隧道模型试验

• 发表时间: 2007
• 期刊: 第42回地盤工学研究発表会講演集 42巻(CR-ROM)
• 作者: 黒瀬浩公;田坂嘉章;関根裕治;八代義信;亀谷裕志;張鋒
• 通讯作者: 張鋒

トンネルの長期変形挙動に関するモデル実験及び解析評価手法の研究-その3:ひずみ軟化型弾粘塑性構成モデルによるトンネル模型実験の解析-

隧道长期变形行为模型试验及分析评价方法研究第3部分：应变软化弹粘塑性本构模型隧道模型试验分析

• 发表时间: 2007
• 期刊: 第42回地盤工学研究発表会講演集 42巻(CR-ROM)
• 作者: 大森剛志;黒瀬浩公;田坂嘉章;関根裕治;張鋒
• 通讯作者: 張鋒

軟岩地山におけるトンネルの長期変形挙動に関するモデル実験の解析と評価

软岩山区隧道长期变形行为模型试验分析与评价

• 发表时间: 2008
• 期刊: 第37回岩盤力学に関するシンポジウム講演集 37巻(CR-ROM)
• 作者: 小林智尚;柴田武志;安田孝志;関根裕治・八代義信・田坂嘉章・黒瀬浩公・大森剛志・張鋒
• 通讯作者: 関根裕治・八代義信・田坂嘉章・黒瀬浩公・大森剛志・張鋒

トンネルの長期変形挙動に関するモデル実験及び解析評価手法の研究-その2:ひずみ軟化型弾粘塑性構成モデルの拡張と三軸試験への適用-

隧道长期变形行为模型试验及分析评价方法研究第2部分：应变软化弹粘塑性本构模型的推广及在三轴试验中的应用

• 发表时间: 2007
• 期刊: 第42回地盤工学研究発表会講演集 42巻(CR-ROM)
• 作者: 田坂嘉章;東均;大森剛志;関根裕治;張鋒
• 通讯作者: 張鋒

トンネルの長期変形挙動に関するモデル実験及び解析評価手法の研究-その1 : 軟岩のクリープを考慮したトンネル模型実験-

隧道长期变形行为模型试验及分析评价方法研究 第1部分：考虑软岩蠕变的隧道模型试验

• 发表时间: 2007
• 期刊: 第42回地盤工学研究発表会講演集 42巻(印刷中)
• 作者: 黒瀬浩公;田坂嘉章;関根裕治;八代義信;亀谷裕志;張鋒
• 通讯作者: 張鋒