爆破荷载作用下隧道围岩稳定性分析

本文采用国际上常用的爆破荷载的计算模式，计算了某隧道爆破时的爆炸荷载，采用Ansys大型有限元程序模拟了有支护隧道围岩在爆破荷载应力波传播情况，分析结果认为：有支护隧道围岩在爆破荷载作用下振速随距离变化具有明显的衰减特性，锚杆应力分布并不是对称的，故选用支护参数时，不一定选用对称布置。     

爆破动荷载作用下深埋隧道失稳破坏模拟研究

为了研究爆破动态扰动对深部隧道工程的影响,借助颗粒流程序PFC开展爆破动荷载作用下深埋隧道失稳破坏的数值模拟,分析了不同埋深隧道围岩的损伤演化规律。研究结果表明:在距离隧道一定高度的顶面施加爆破动荷载,随着埋深的增加,围岩损伤程度越严重,损伤集中于隧道的两帮,并逐渐由隧道右侧向顶板发展;隧道的失稳破坏是由爆破荷载和地应力共同造成的,爆破荷载主要使隧道围岩产生节理裂隙,而在高地应力的持续作用下,可能引发岩块的剥离和弹射。     

谢桥煤矿锚注-爆破卸压修复巷道的试验研究

针对高应力软岩巷道修复问题,采用锚注-爆破对巷道进行卸压,通过注浆加固和合理选择爆破参数,将应力控制理论与新奥法支护有机结合,充分利用围岩自承能力支护围岩。爆破卸压改变了围岩应力自然调节过程,改善了围岩应力分布状态,支护结构上应力减小,采用较少的支护即可维护高应力软岩巷道的稳定。     

基于变形准则的隧道围岩稳定概率分析

研究了在隧道支护结构设计中采用变形控制时,其正常使用可靠度分析极限状态方程的建立方法, 特别探讨了广义抗力和荷载问题。对于抗力,研究了各类隧道围岩最大允许变形值的确定规则; 对于荷载, 根据围岩与支护结构相互作用原理, 揭示了坑道周边围岩变形在本质上是围岩物理力学参数的高度复杂函数, 无法得到其解析关系的事实, 由此导致的可靠度无法求解的问题。故此引入数值求解方法, 推导了采用该方法求解基于变形准则的隧道结构状态方程时的相关计算公式,具体分析过程和详细步骤。构成了无解析式极限状态方程结构稳定可靠度计算方法。最后采用该方法分析某工程的稳定性, 精度与Monte-Carlo法结果较为接近, 而分析工作量却远远少于Monte-Carlo法。     

三层衬砌在高应力软岩隧道支护中的应用研究

以罗家隧道高应力软岩为例, 对隧道衬砌支护进行了探讨。采用三层衬砌设计, 一方面允许围岩产生一定变形, 增大变形释放掉的围岩压力; 另一方面提供较大的支护力, 防止围岩产生大变形, 保证隧道衬砌结构的安全。数值计算及现场监控数据表明, 三层衬砌设计合理, 对类似工程有一定借鉴意义。     

高速公路隧道施工监测与开挖仿真分析

通过高速公路隧道施工监测及有限元数值分析方法,分析隧道施工过程中围岩应力变化情况。在隧道施工过程中对围岩位移和应力进行监测,分析围岩的位移、应力状态随时间的变化规律,同时结合有限元计算软件ADI-NA对隧道开挖过程进行模拟,寻找围岩应力分布规律,分析围岩稳定性。为隧道施工过程中支护时间的选取提供了依据。     

基于偏应力场的巷道围岩破坏特征及工程稳定性控制

针对巷道围岩破坏机理及稳定性控制问题,采用岩石力学等相关理论推导了巷道围岩偏应力场的解析解,分析了圆形巷道围岩在不同情况下的分布情况,建立了偏应力场与塑性区分布的本构方程,表明塑性区半径与极坐标的角度和偏应力是密切相关的,可呈不规则分布;结合工程实际,采用数值计算模拟分析了垂直应力大于水平应力时(侧压系数λ=0.4)和水平应力大于垂直应力时(侧压系数λ=1.6)不同应力状态下的巷道围岩偏应力和塑性区演化过程;根据现场调查及塑性区演化特征,提出在不同侧压系数下巷道围岩可形成典型正对称失稳模式和典型角对称失稳模式,并分析了这两种破坏模式的巷道围岩支护误区,以及相应的控制原则与关键技术。结合木孔煤矿和高坑煤矿的工程实践,应用了以"锚杆+锚索"支护为主,以提高两帮稳定性目标的"高强刚桁架"综合支护技术;以及以"关键部位注浆",发挥内、外耦合作用的"锚杆+U型钢+锚索"综合治理方案。工程实践表明,所提出的支护方案分别能对正对称失稳巷道和角对称失稳巷道围岩变形能起到较好的控制效果。     

考虑σ2及围岩—支护结构相互作用的隧道力学模型

目前的隧道力学模型未能同时考虑中间主应力σ₂及围岩—支护结构相互作用对围岩塑性区等隧道力学特性的影响。为此,首先采用岩石统一强度理论替代目前常用的Mohr-Coulomb（M-C）强度准则以考虑σ₂对隧道围岩塑性区的影响。其次,针对Kastner方法未能很好地考虑支护前隧道围岩初始弹性位移及围岩—支护结构相互作用的不足,在其基础上,结合圆形隧道实际施工特点,提出了能够同时考虑σ₂、隧道围岩初始弹性位移及围岩—支护结构相互作用的圆形隧道力学模型。最后,通过算例研究了σ₂、隧道围岩初始弹性位移、原始地应力、支护结构刚度和岩石内摩擦角等对围岩塑性区、隧道洞壁位移和支护力的影响规律。研究结果表明：σ₂的影响不可忽略;一定的隧道围岩初始弹性位移可以减少支护应力,但会导致围岩塑性区和隧道洞壁位移的增加;支护结构刚度的增加可以有效减小围岩塑性区及隧道洞壁位移,但会增加支护结构应力;初始地应力的增加将增大围岩塑性区、隧道洞壁位移及支护结构应力;随着岩石内摩擦角的增加,围岩塑性区、隧道洞壁位移及支护结构应力均减小。最后,通过工程实例对模型的合理性进行了验证。     

横向简谐荷载作用下端锚黏结式锚杆黏结性试验研究

由于采动荷载和爆破荷载对已有支护锚杆产生影响，因此迫切需要研究锚杆在动荷载作用下的微观力学特性及黏结性变化。从工程实际出发，现场监测锚杆工作状态下轴力变化和爆破荷载作用下锚杆周边围岩振动信息，并开展探索性室内试验。通过室内试验获得锚杆在轴向荷载作用下横向固有频率振动后的振动强度与工作龄期耦合作用下锚杆黏结性衰减规律的拟合计算式。研制了横向简谐荷载作用下端锚黏结式锚杆模型试验装置，采用均匀设计方法，考虑锚杆长度和锚杆直径两个影响因素，通过动态监测系统获得了横向简谐荷载作用下锚杆应力沿锚杆长度的分布规律、锚杆应力分布与拉拔力的关系，以及剪切应力与位移的关系。最终采用大型有限差分软件FLAC3D，建立了锚杆与围岩相互作用的力学模型。     

隧道穿越活动断裂带活化围岩力学分析

为研究地铁隧道穿越活动断裂带时围岩与隧道结构之间的相互作用,本文以乌鲁木齐地铁2号线南—农区间暗挖隧道为依托,对断裂带处的隧道围岩及支护体系受力特征进行理论分析,并利用Midas GTS/NX软件进行数值模拟作为验证和补充,重点对比分析无隧道穿越时(初始应力状态)和隧道穿越时(活化后)围岩及支护体系的受力特性。结果表明:初始应力状态下靠近上盘的土体受拉,靠近下盘的土体受压,隧道拱顶和仰拱中心处围岩应力在滑动面处会发生突变;活化后的断层发生错动时,拱顶和仰拱中心处围岩压应力增大,破碎带内部围岩应力和变形不均匀,拉应力较大的区域支护结构可能会脱离土体。研究成果可为隧道穿越活动断裂带时的设计和施工提供参考。