考虑空间变异性的盾构隧道地层力学响应敏感性分析

针对土体变形参数(弹性模量E、泊松比μ)、强度参数(黏聚力c、内摩擦角φ)对盾构隧道施工地层力学响应的敏感性问题,以土体参数的空间变异性为切入点,结合随机场理论、有限差分法和MonteCarlo策略,采用考虑参数空间变异性的敏感性综合评价分析方法,开展地层力学响应的参数敏感性随机分析。研究结果表明:地层力学响应对内摩擦角的空间变异性最为敏感,其次是弹性模量,然后是黏聚力,最不敏感的是泊松比;不同变异水平条件下,各参数变异性的敏感程度存在差异,参数变异水平越高,其敏感性越强;3种参数变异水平下,泊松比均为不敏感因素,随机分析中可不考虑其空间变异性对地层力学响应的影响,黏聚力在变异性较小时也为不敏感因素。     

岩体力学参数的敏感性综合评价分析方法研究

 针对岩体力学参数敏感性分析单指标方法的局限性,提出基于敏感度熵权的属性识别综合评价模型,这种评价分析方法可以充分考虑各种评价指标,对模型参数的敏感性进行整体性分析,避免单指标方法评价结果的片面性,同时该方法也为模型参数敏感性分析提供一种新思路。在此基础上,结合硬脆性岩体介质的黏聚力弱化–摩擦强化模型,将上述的评价方法应用于锦屏二级水电站引水隧洞辅助洞围岩模型参数的敏感性分析中,分析认为,影响围岩变形和塑性区大小的主要因素为最终内摩擦角、起始黏聚力和弹性模量,其次为残余黏聚力、内摩擦角临界塑性应变、起始内摩擦角、黏聚力临界塑性应变;再者为泊松比、抗拉强度。应用研究结果表明,这一分析方法将会对硬脆性岩体力学参数的分析和反演提供重要的参考价值。     

金川二矿某巷道围岩力学参数对变形的敏感性分析

为了给金川镍矿采场及巷道稳定性分析的参数选取提供可借鉴的依据，利用非线性弹塑性有限元法，对位于金川二矿区底盘某采准巷道围岩力学参数(变形模量、泊松比、粘聚力和内摩擦角)对变形的敏感性进行分析。分析结果表明，这4个参数对变形的敏感度不尽相同，从大到小依次为：变形模量、内摩擦角、泊松比、粘聚力，且其变形模量与内摩擦角的敏感度远大于泊松比和粘聚力的敏感度。这一分析结果对今后金川镍矿的稳定性分析具有一定的参考价值，尤其要求对变形模量与内摩擦角的选取一定要谨慎。     

围岩注浆对二次衬砌受力影响分析

试验表明，围岩注浆会改善围岩的力学参数（弹性模量E、粘聚力C、内摩擦角ψ）；文中将围岩的力学参数作为二次衬砌受力性能的影响因素，采用敏感性分析方法，通过数值模拟得到在各参数下，二次衬砌的受力情况，进而分析出各参数对二次衬砌内力的敏感程度：弹性模量的敏感性最高，粘聚力和内摩擦角的敏感性最不显著。这一分析结果，对如何改善二次衬砌的受力性能有一定参考价值，对二衬厚度、配筋量的优化设计也有一定帮助。     

隧道围岩力学特性的敏感性分析

在深埋软岩引水隧洞工程中,为掌握隧洞施工期围岩变形特征,开展对隧洞支护时机的研究,需要确定准确的岩石力学参数以反映真实的围岩力学特性。文章依托实际隧道工程,借助有限差分软件FLAC3D建立反映隧洞开挖支护工序以及蠕变过程的三维数值仿真计算模型,采用极差法研究隧洞围岩基本力学参数对围岩变形的影响,并确定待反演参数;基于正交试验设计构建25组待反演参数组合,代入到数值模型中进行计算,得到监测断面各测点位移值。研究结果表明,隧洞围岩参数敏感性大小排序为：弹性模量、粘聚力、内摩擦角、泊松比。在隧洞施工过程中,掌子面附近围岩变形受开挖扰动影响明显,随着时间的延后,位移不断增大但位移速率逐渐减小至一稳定值。     

基于三维弹塑性有限元的洞室稳定性参数敏感性灰关联分析

 综合考虑岩体物理参数的不确定性,针对常规敏感性分析方法所存在的不足,提出基于弹塑性有限元的洞室稳定性参数敏感性灰关联分析方法,并确定点安全系数为考核指标,确定岩体弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角等强度参数为敏感性影响参数。以金沙江两家人水电站地下厂房区洞室为例,对开挖后的地下洞室典型断面点安全系数的诸多影响参数进行敏感性分析,结果表明：不同的影响参数变化对洞室稳定的点安全系数影响有差异,因洞室开挖后,拱顶或边墙处于临空状态,而拐角点受洞壁约束更大,所以洞室拐角点安全系数比临近拱顶或边墙节点要大。点安全系数的敏感度是考虑综合影响参数的结果,采用灰关联分析方法分析表明,对地下厂房洞室典型断面点安全系数影响程度最大的为黏聚力和内摩擦角,其次为弹性模量和泊松比。从而克服了单因素常规参数敏感性分析的局限性,使得影响参数对点安全系数影响的灵敏程度排序得到统一,并与数力学分析结论一致,得到很好验证,为洞室稳定性支护材料的选取提供指导作用,对黏聚力和内摩擦角的要求应更加重视。     

黏土质隧道围岩抗剪强度参数的概率分布及优化实例

以长序列隧道浅埋段第四系坡残积黏性土的抗剪强度参数试验数据为基础,运用皮尔逊X2检验方法和有限比较法分析黏性土隧道围岩抗剪强度参数的概率分布类型并计算其所服从概率分布的概率密度函数。结合具体工程实例,运用贝叶斯(Bayes)方法对黏聚力、内摩擦角进行优化,探讨变异系数与概率分布类型选取之间的关系。研究结果表明:黏土质隧道围岩黏聚力和内摩擦角的最优分布概型分别为正态分布、对数正态分布;极值I型分布不适宜作为坡残积黏土质围岩黏聚力、内摩擦角的概率分布;当变异系数较小时,内摩擦角选用对数正态分布概型与正态分布、β分布相差较小;对于黏聚力,建议选择最优概型;黏聚力、内摩擦角经Bayes方法优化后变异系数减小,数据更趋于合理。     

土体参数对边坡稳定性的影响分析

文中依托江西某高速公路项目实际边坡工程，根据现场原位测试、室内土工试验等方法获取的土体参数，构建边坡稳定性FLAC3D模型，结合强度折减法，计算分析不同土体参数的边坡安全系数。研究结果表明，边坡稳定性正交极差分析得到影响因素的敏感性大小排序为：内摩擦角>黏聚力>重度；黏聚力和内摩擦角对边坡破坏模式影响不大，但对边坡安全系数影响较大；线性平面可以较好地拟合黏聚力、内摩擦角和安全系数三者的相互关系，拟合优度R2高达99.84%。     

广西某失稳边坡滑动位移影响参数敏感性的分析

以广西某工程边坡为背景,研究下部是含水状态下的泥灰岩对上部是失稳状态下的土质边坡滑动位移的影响.选取了坡高、坡度、黏聚力、内摩擦角、泊松比和弹性模量这些可能会对滑坡位移有影响的六个指标,运用有限元强度折减法,采用单因素敏感性分析方法进行失稳状态下边坡土体滑动位移的影响参数敏感性分析,并比较分析结果,得出对于影响失稳边坡...     

昔格达地层隧道变形特性曲线及变形机理研究

昔格达地层隧道围岩开挖后易风化,遇水即泥化等性质严重影响成昆线复线的快速安全施工,因此展开对昔格达地层隧道围岩变形特性曲线及其变形机理等研究具有一定的现实意义。文中通过现场调查,物理力学试验,现场监测,数值模拟和理论研究等手段对昔格达地层隧道变形特性进行深入研究。研究结果表明：昔格达地层隧道主要发生拱顶大变形、水平收敛大和仰拱突泥隆起等,围岩呈现中厚层状、互层状和薄层状等水平层理发育;含水率对昔格达地层隧道围岩的力学性质影响很大;黄色砂岩夹页岩围岩试样压缩模量最小;含水率对灰色页岩夹砂岩围岩试样的黏聚力影响最大,对浅灰色页岩夹砂岩围岩的内摩擦角影响最大;拟合现场监测和数值模拟下的变形特性曲线,得到昔格达地层隧道开挖围岩变形全过程曲线：开挖初期缓慢变形,开挖中期急剧变形,开挖中后期变形减缓和开挖末期变形稳定;同时推导出在弹性、塑性和松动区状态下的昔格达地层围岩变形公式,得到弹塑性昔格达地层围岩变形特性曲线以及四个阶段昔格达地层隧道各部位变形松动区轮廓。最后从力学变形本构模型、物理和化学等角度对昔格达地层隧道围岩变形的力学机理进行分析。     

基于敏感性分析的围岩力学参数反演方法研究

由于影响隧道变形的围岩强度参数和变形参数较多,现有的反分析研究主要集中在算法的优化上,因而忽略了工程应用的便利性和实用性。针对这种状况,以南京某隧道工程为依托,结合数值模拟,提出了基于敏感性分析的反演方法。根据工程实际,将围岩和支护结构综合考虑分为初始围岩区(简称Z₁),松动圈与锚杆锚固共同作用区(简称Z₂)以及钢支撑和喷射砼等效作用区(简称Z₃);通过安排试算初始值,利用FLAC^3D程序计算并分析不同的力学参数对不同隧道变形的敏感性,从而确定反演流程;根据反演流程结合各测点的实测变形值获取合理、准确的围岩力学参数。研究结果表明:与常规的反演方法相比,通过敏感性分析确定隧道不同变形的主控因素,以此变形来反演该主控因素参数在很大程度上提高了工程应用的效率与可靠度;拱顶下沉受Z₁区弹性模量E₁、Z₂与Z₁区弹性模量比值n的影响较大,受围岩泊松比μ₁的影响相对较小;隧道收敛受E₁、n、μ₁ 三者的影响都较大;围岩力学参数反演结果为E₁=362.6 MPa、n=0.62、μ₁=0.30;现场应用证明了该方法的有效合理性。     

基于力电耦合煤岩特性对煤岩破裂电磁辐射影响的研究

为了有效地预测预报和治理煤岩动力灾害现象 ,在利用实验研究、理论分析和数值模拟方法研究煤岩变形破裂电磁辐射和应力耦合规律的基础上 ,研究了煤岩特性对煤岩变形破裂电磁辐射的影响。研究结果表明 :巷道掘进过程周围煤岩特性如体积弹性模量、内聚力和内摩擦角等对煤岩内部应力分布有较大的影响 ,应力峰值距离煤壁距离随着加载应力和采深的增加是逐渐增大的 ,应力峰值距煤壁距离随着煤岩体积模量、内聚力和内摩擦角的增加是逐渐减小的 ;随巷道两帮煤岩体积模量、内聚力和内摩擦角的降低 ,在监测点电磁辐射信号是逐渐减弱的 ,说明一方面是由于煤岩内部变形破裂程度降低即应力集中程度降低 ,另一方面是应力集中区距离监测点越远所致 ,力电耦合计算结果表明 ,通过监测电磁辐射信号的变化规律一方面可以来评价煤岩内部应力集中程度 ,一方面可评价煤岩动力灾害的危险性     

监控量测在谷竹高速宴家隧道的应用

为了解隧道施工中各横断面在纵向上的变形相关性,以湖北谷竹高速宴家隧道为工程背景,对各断面拱顶下沉值和水平收敛值进行全过程监控量测,并利用数值模拟软件ABAQUS进行数值分析.通过对实际施工过程中监控量测和数值模拟结果的分析,总结出在纵向上各断面拱顶下沉和水平收敛与围岩性质的关系,指出拱顶下沉为控制施工的关键因素,是反映围岩稳定性和力学状态最直观的数据.     

考虑含水率的昔格达地层隧道围岩稳定及亚级分级研究

昔格达地层隧道围岩对水极为敏感,遇水泥化等现象,造成围岩变形过大,支护结构开裂崩解和掌子面掉块塌方等地质灾害。该文通过现场采集、室内试验、数值模拟、现场监测和理论分析等手段,在考虑含水率的基础上对昔格达地层隧道开挖围岩稳定及围岩亚分级进行深入研究。研究结果表明：含水率对昔格达地层灰色页岩夹砂岩的黏聚力影响最大,对浅灰色页岩夹砂岩的内摩擦角影响最大。当含水率达到25%时,隧道开挖产生的拱顶累计变形、仰拱累计变形、水平收敛累计变形及掌子面累计变形值及掌子面挤出变形值均有较大的突变;隧道仰拱隆起累计变形最大值>掌子面挤出累计变形最大值>拱顶沉降累计变形最大值>隧道水平收敛累计变形最大值。对岩性进行机理分析发现昔格达地层隧道围岩的亚分级物理力学特性基本上处于Ⅳ3、Ⅴ1和Ⅴ2围岩。除了2号土浅灰色砂岩夹页岩处于Ⅳ3外,其他土样都是属于Ⅴ级范畴。同时得到含水率修正后的昔格达地层隧道围岩亚分级的围岩特征、含水率范围和BQ值范围,并提出亚分级后对应的工程措施。研究所采用的方法和结果可为昔格达地层隧道安全快速施工提供指导。     

隧道支护结构的变形监测及反演分析研究

试图以渝湘高速公路某隧道施工过程的监测资料,通过反演分析算出围岩参数如弹性模量、泊松比等,并计算隧道衬砌内力和变形,对隧道衬砌结构整体稳定性进行分析。     

管棚注浆支护隧道开挖引起地表变形特征分析

隧道开挖引起的地表变形是工程安全的重要指标,基于管棚注浆隧道开挖引起的地层受力分析,将地表变形影响因素分为注浆压力、附加荷载和地层损失,并引入Mindlin解和Peck公式,获得了隧道引起的地表变形计算公式。通过对地表变形特征进行分析,结果表明:岩土力学参数对地表变形最大值有显著影响,但对沉降影响宽度影响甚微;沉降槽宽度、地层损失率和沉降宽度与沉降槽宽度比值(I/i)均随内摩擦角和黏聚力增大而减小,弹性模量对沉降槽宽度几乎没有影响,随弹性模量增大,沉降槽宽度稳定在7.6~7.9,地层损失率迅速减小并在1.2‰左右趋于稳定,I/i则迅速增大并稳定在3.0左右。隧道参数对沉降最大值和沉降影响宽度均有显著影响,且影响幅度没有减缓的趋势;在单一地层中,随着埋深增加,沉降槽宽度、地层损失率均呈直线增大,I/i值先增大后减小;随洞径增大,沉降槽宽度呈线性增大,地层损失率呈线性减小,I/i值先增大后减小,最大值为3.1左右。     

软岩巷道围岩剪切滑移破坏机理及控制研究

利用滑移线场理论得到了均质弹塑性围岩发生剪切滑移破坏的滑移线场及包含破坏特征参数的极限载荷计算公式,讨论了围岩内摩擦角、黏聚力以及支护阻力对围岩承载力的影响。研究表明：深部巷道围岩受到开挖应力重分布的影响发生剪切破坏,形成明显的剪切滑移线。圆形巷道围岩破坏区滑移线场为两族仅有旋转方向不同,其他参数都相同且极点在巷道中心的斜交同心对数螺旋线。围岩内摩擦角、黏聚力以及地应力是影响巷道围岩发生剪切滑移破坏的主要影响因素,同时也是巷道稳定性控制的关键。最后根据研究成果对某矿副井发生大变形破坏的原因进行了分析,提出了以“阻剪抗滑”为技术核心的支护方案,收到了良好的效果。