围岩稳定性评判方法适用范围探讨

基于修正芬纳公式建立了围岩稳定性评判新方法,该方法基于轴对称模型建立径向位移解析表达式。轴对称的基本假定就是圆形洞室,静水压力和均匀初始应力场,各向同性和均匀围岩条件。通过系统分析轴对称假定条件的偏差范围对围岩稳定性判断方法的适用范围进行研究。基于经典的遵循莫尔-库仑屈服准则理想线弹塑性围岩中的洞室开挖问题,分析了各项异性和非均匀性的初始应力场及城门洞型洞室对洞壁变形的影响。研究结果对围岩稳定性评判方法的合理使用范围、精度与轴对称围岩条件提出了量化评价范围。     

洞室衬砌与围岩相互作用机理研究

洞室开挖后围岩应力重新分布,引起围岩持续变形。修正的芬纳公式给出了无限大均匀体中轴对称圆形洞室塑性区大小的理论计算方法,该公式在地下洞室计算中得到了广泛的应用。根据修正的芬纳公式,按主应力大小不同分成两种况,分别推导出洞室周边弹塑性位移公式,分析了衬砌与围岩相互作用的机理,得出了围岩与衬砌相互作用规律,并提出了洞室支护的一些措施,为洞室衬砌设计提供指导。     

地下洞室监测位移场的反演和围岩稳定评判分析

 针对地下洞室开挖过程中有限的位移监测仪器仅能反映局部围岩变形的情况,提出一种基于整个洞室围岩变形空间场的围岩稳定评判方法。首先通过物理场,对监测数据进行标准化处理,引入监测数据以外的围岩变形信息,然后进行三维空间反演。根据反演结果,运用警戒线法对洞室整体围岩进行评价。该评判方法已成功应用于瀑布沟、溪洛渡等大规模地下洞室的施工开挖围岩稳定分析中。实践表明,该方法能及时反映整个洞室群围岩的变形情况,相对其他数值计算方法能对围岩稳定做出快速、精确、直观的评判。     

隧道围岩压力的弹塑性新解

在隧道衬砌设计中,围岩压力通常是最主要的荷载,也是最难以确定的荷载。围岩压力的弹塑性理论研究也从未间断。经典的芬纳公式和修正芬纳公式由于塑性区半径的不确定性而限制了其实际工程应用。以修正芬纳公式为基础,考虑围岩与衬砌的共同作用,在未作塑性区体积不变的假设条件下,推导得到塑性区半径的理论计算方法,从而可以直接应用修正芬纳公式计算围岩压力,为隧道衬砌设计提供指导。     

地下洞室围岩整体稳定性定量评估的方法、云系统与工程实践EI北大核心CSCD

地下岩体工程的迅速发展,使得地下洞室的围岩稳定性定量评估成为当前学界和工程界的重大关切。针对当前地下洞室围岩整体稳定性评估与分级尚无定量标准的现状,提出一套以评分制为基本框架、整合工程地质勘察、数值仿真、现场监测等成果的地下洞室硬质围岩整体稳定性定量评估方法,用于考虑围岩基本质量、地应力、不良地质构造、洞室规模与布置方式、施工方式与质量和地下水等因素对围岩整体稳定性的影响。基于该评估方法的基本原理和评估流程开发了地下洞室围岩稳定性云评估系统,可供使用者便捷有效地判别地下洞室的围岩整体稳定性状态并指导工程实践。将这一定量评估方法和云评估系统应用于多个地下洞室的围岩整体稳定性评估,验证了它们的可靠性和适用性。     

低地应力区地下洞室围岩变形破坏有限元数值模拟研究

低地应力状态对相关工程岩体变形破坏和稳定性有重要影响,以西安市黑河水利地下工程泄洪洞为例,采用弹塑性二维有限元法通过对低地应力区地下洞室开挖后围岩变形破坏进行了数值模拟研究。模拟结果表明:低地应力区洞室围岩变形破坏主要发生在垂直方向,水平方向的规模和程度均不及前者,同时总结分析了低地应力区地下洞室开挖后围岩变形破坏规律及其特征。该项研究工作将有利于进一步研究低地应力区地下洞室围岩变形破坏机理与稳定性,它对保障地下洞室工程的顺利进行起到积极促进作用,具有重要的理论研究价值和现实意义。     

软岩及土质隧洞围岩稳定性评价新方法

首先提出对于软岩(土质)隧洞及时支护下的围岩变形稳定性可转化为支护结构的安全性这一评判理念,在此基础上进一步将初期支护(喷层)不出现拉压破坏时围岩与支护结构的对应变形作为评判标准,提出软质隧洞围岩稳定性评判新思路;考虑到支护结构内力的监测不便、不准,而支护结构的收敛变形监测较为方便与可靠这一工程现实,再次通过数值试验的方法,将支护结构的极限应力科学地转化为对应的支护结构的允许变形,进而建立能够考虑初期支护安全性的围岩稳定性评价新方法。该评判方法在新疆库尉输水隧洞工程的成功应用表明其具有较好的可靠性和适用性。     

基于岩石强度应力比的大型地下洞室群布置设计方法

分析不同岩石强度应力比条件下典型水电站地下厂房洞室群围岩的破坏模式和变形特征,阐明岩石强度应力比与洞室围岩的承载能力、破坏模式、变形特征之间的关系,并根据洞室群效应及其对洞室群围岩稳定的影响、谷坡地应力场特征、地应力分级标准、大量已建水电站洞室群布置设计统计资料、数值分析成果、既有相关研究成果、工程经验,创建基于岩石强度应力比的大型地下洞室群布置设计方法,提出具体的量化指标和相关计算公式。该方法主要根据岩石强度应力比,结合场址地应力场特征、围岩结构面发育特征等进行地下洞室群的布置设计,较为全面地考虑了影响地下洞室群围岩稳定的主要因素,适用于各种地应力水平和复杂地质条件的地下洞室群布置设计。     

富溪双连拱隧道围岩强度及稳定性评价

围岩强度指标是各种隧道工程设计中不可缺少的重要参数,准确预测围岩强度对隧道支护设计和稳定计算十分重要。针对富溪隧道地质条件复杂、围岩稳定性差等问题以现场岩石点荷载试验推测岩石强度,以隧道围岩的Q指标统计为基础,利用基于Q指标的经验公式推测围岩抗压强度,给出了富溪隧道各个断面围岩的抗压强度,据此评价各段围岩的稳定性。研究表明,采用的3个经验公式中,无论平均值,还是分散度,Yudhbir公式预测结果都最接近规范标准值,说明本文所用方法用于隧道工程是可行的。该方法简单、实用,预测结果能够反映围岩工程特性,符合实际,可以作为隧道工程中定量评价围岩强度的有效方法,为隧道设计、施工提供可靠依据。     

复杂地应力环境大型地下洞室围岩时效变形机制及力学模拟

提出复杂地应力环境下大型地下洞室开挖围岩时效变形机制及其力学模拟方法。基于变形监测资料和岩体力学分析认为,中高地应力条件下岩体由高围压环境急剧转变为低围压、高应力差环境的力学机制和工程开挖引致围岩扰动破坏的空间效应是复杂地应力环境中洞室围岩时效变形的主要作用机制。采用应力释放有限单元法模拟洞室动态开挖过程,通过引入时间因子,建立开挖荷载释放与空间扰动效应的时间相关函数,提出基于时效变形过程的开挖荷载分时分级释放方法和基于主、次级开挖松动区的围岩变形模量劣化模型。工程实例表明：该方法通过将开挖荷载释放与开挖扰动空间效应耦合计算,能够合理有效地模拟大型地下洞室施工开挖全过程围岩的时效变形力学行为,对于理解和控制复杂地应力环境大型地下洞室高边墙变形破坏行为和时空效应,优化洞室施工开挖支护与监测反馈等具有一定的应用价值和实践意义。     

深部隧道框架式真三轴物理试验系统研制与应用

为了研究深部隧(巷)道围岩稳定性机理与支护控制技术,以千米埋深为基本条件,考虑三轴六面恒压加载和数字照相量测先进技术的应用,研制了一套结构紧凑、特色鲜明的真三轴框架式大型物理模拟试验系统。该系统由模型加载反力框架、以扁油缸与真空回油为特色的液压加载控制系统、自行研制的数字照相变形量测与围岩应力测试系统和开挖支护辅助装置4部分组成,可用于长1000 mm×宽1000 mm×厚1000 mm的深部隧(巷)道大型物理相似模型试验研究。最后给出在深部矿山巷道围岩变形受力观测分析与围岩分区破裂化现象再现试验的应用实例。应用结果表明,本套试验系统对于研究包括矿山巷道、TBM隧道在内的深部隧(巷)道工程开挖与支护过程中围岩变形与应力分布规律及其稳定控制作用机理都具有重要价值。     

浅埋软岩隧道开挖围岩变形非线性模拟分析

由于隧道施工过程和开挖顺序的不同都会引起各自不同的应力和应变的非线性历程,最终导致不同的力学效应,特别是软弱围岩隧道,其力学效应表现的更加显著.结合沿海地区软弱围岩浅埋暗挖矩形隧道施工,使用有限差分软件（FLAC）对分部开挖进行非线性数值模拟,研究矩形隧道软弱围岩在开挖过程中大变形的机理.分析结果表明,围岩和初期支护的应力应变是非线性不可逆过程,其开挖方案应采用软弱围岩非线形大变形力学设计方法,以确保开挖施工安全.     

隧道围岩变形监测及分析

结合广州增从高速公路桃园1号隧道工程,介绍了一种单独利用隧道收敛计量测周边位移和拱顶下沉的三角形量测法,重点论述了监测数据的处理分析方法,即通过选取比较最优回归分析模型,最后得到拟合结果.以监测断面ZK55+200为例,运用上述方法,判断围岩稳定性以及二次施工时机.     

基于可拓学理论的黄土隧道围岩分级方法研究

为解决现有黄土隧道围岩分级方法理论依据不足的问题,在总结分析黄土隧道围岩力学性能、构造特性评价指标的基础上,利用可拓学理论建立关联函数,解决各评价指标之间的融合问题,对黄土隧道围岩分级做一些探索性的工作,以期为黄土隧道的设计与施工提供理论依据。研究结果表明:基于可拓学理论的黄土隧道围岩分级方法综合考虑了黄土的强度性质、变形性质、各向异性、构造特性,使得其分级结果更加客观、准确;利用可拓围岩分级方法求得的掌子面围岩的关联度不仅可判定掌子面围岩级别,而且其数值大小可定量反映掌子面围岩质量好坏程度;可拓围岩分级结果与现场围岩级别分类的结果基本一致,存在的分级误差基本属于“亚级”之间的差异,未出现“跳级”现象;且该结果与规范中围岩分类结果相比,其准确度更高。     

基于现场监测数据的隧道围岩变形特性研究

 隧道变形是衡量隧道结构体系稳定性的重要指标,该指标可以科学、及时、可靠、便捷地反映隧道工程的安全性。在收集、整理我国103座山岭隧道836个拱顶沉降数据、806个水平收敛数据的基础上,系统分析围岩变形量、围岩变形稳定时间与围岩级别、隧道开挖面积等因素之间的关系。研究表明：隧道围岩变形数据主要集中在低值区间,中高值区间数据较少但分布范围较广,随着围岩级别增大,围岩变形值增大,数据集中区间增大,变形分布区间增大;隧道断面面积对隧道围岩变形影响较大,随着隧道断面面积的增大,变形值增大;实测数据表明,隧道围岩变形与隧道埋深并没有明显的联系;隧道围岩变形稳定时间主要集中在中低值区间,高值区间的数据相对较少,随着围岩级别增大,围岩变形稳定时间增大,分布区间增大。根据统计结果,提出不同围岩级别下,隧道变形的建议控制值以及变形稳定时间参考值。     

基于隧道断面相对变形率判定围岩稳定性的研究

目前常用的判定围岩稳定性手段主要是监测隧道特征点或测线位移,但这种监测方法评价围岩稳定性存在诸多弊端。为此,本文从应变能角度对隧道围岩系统势函数进行理论分析。首先推导了围岩4个分区的应力、应变及位移表达式,进而分析各个分区的应变能,据此建立了隧道围岩系统势函数,并根据软岩破坏时的全应力应变曲线特征,确立隧道围岩系统势函数尖点突变模型,提出了定量评价围岩稳定性的理论依据。利用数值模拟手段,分析了不同荷载释放系数下隧道围岩特征点或测线位移、隧道围岩系统势能、隧道断面相对变形率3类指标变化规律。根据尖点突变模型,利用3类指标对围岩稳定性做出定量评价,并对3类指标下围岩破坏时的荷载释放系数进行对比分析,探讨了利用断面面积相对变形率指标判定围岩稳定性的可靠性。     

硐室设计与分析的新思路与新方法

分析当前硐室设计与分析方法中存在的问题，提出一套新思路和新方法，其核心思路是以大量、系统的数值仿真试验结果为主样本群，以专家经验为边界样本群，以功能强大的神经网络方法，构建地下硐室自动化分析平台。该平台主要考虑城门洞型隧洞或地下厂房的尺寸、埋深、围岩力学参数、围岩初始地应力及围岩附近一条主断层的位置、距离、与断层厚度及其强度对围岩应力场、变形场及支护结构内力的影响。经与大型数值分析结果、现场实测结果对比与验证，发现该分析平台的误差为10％-20％。可方便地为广大设计人员及监理、施工人员所应用。     

Numerical simulation of rock deformation for support design in tunnel intersection area

Passenger and vehicle adits and ventilation shafts are commonly used for emergency access and ventilation in long tunnels. Increasing support load and additional tunnel deformation may endanger tunnel stability during construction in the intersection of the access and main tunnels. To understand the mechanical behavior of rock masses in the intersection area, 75 cases of 3D numerical analysis were conducted. These analyses were conducted under various tunneling conditions including rock strength, rock mass rating, overburden depth, and intersection angle. Following analysis results, a criterion for assessing the effect of intersection angles on tunnel behavior has been established, and three categories of support design suggestions for different geological conditions have also been proposed.     

矿山法隧道开挖对桩基影响的工程分析法

矿山法开挖隧道时会对附近基桩产生不利影响,提出了隧道上覆岩土体和基桩稳定性以及洞顶下沉等问题的简便工程分析方法。     

软岩允许变形合理值现场估算

现场实测了巷道围岩两帮及顶底相对变形随时间的变化,分析了围岩变形不同阶段巷道围岩表面变形随时间的变化规律,结合支架受荷测量确定了一种软岩允许变形合理取值的简单可行现场确定方法,为充分发挥软岩自撑能力和合理确定U型棚支架支护参数提供了依据。