不同卸荷应力路径下岩体破坏特征试验研究

隧道施工引起围岩应力释放的问题值得关注，目前对不同开挖方式引起隧道围岩强度及破坏的研究较少．因此，通过采用岩石三轴试验机，模拟隧道的不同开挖工况，针对不同卸荷应力路径下的岩石强度及破坏特征进行了深入研究，提出了相应的结论，可为后续理论研究提供试验参考．     

张集铁路旧堡隧道围岩初始应力反演分析及分级评价

隧道围岩初始应力分析评价是进行围岩稳定性分析、实现隧道安全快速掘进的前提.采用位移反演分析和场区构造地应力分析2种方法,对旧堡隧道围岩初始应力状态进行分级评价.研究表明,开挖区段隧道横截面上平行洞轴方向为最大主应力方向,围岩的最大、最小主应力均大于自重应力,岩石强度应力比低,该隧道围岩的初始应力属于高地应力.     

加卸载应力条件下脆性花岗岩变形的试验研究

隧道开挖过程中,岩石的变形破坏是在复杂应力条件下发生的。通过对脆性花岗岩试样进行加轴压、卸围压的三轴实验来分析其破坏的成因,发现一些新的问题：在适当围压条件下,围压的大小、加压速率及卸载速率都对岩石的破坏有较大的影响。因此,在隧道开挖过程中,必须控制好隧道的开挖速度;在设置围岩支护时,必须保证支护体有足够的强度、刚度,并且能适应围岩的变形,只有这样才能有效防止岩石变形的破坏,保证施工的顺利进行。     

二道垭隧道开挖与支护的数值模拟分析

大量工程实践表明，岩体工程开挖后的应力调整和变形并不是瞬时完成，本文采用大型有限元工程模拟分析软件ABAQUS，模拟二道垭隧道的开挖与支护过程，研究隧道开挖后考虑不同的应力释放比例后再支护时，围岩的变形及锚杆的受力情况. 计算结果表明：对于松软岩层来说，考虑应力释放后再支护的计算结果更好地反映工程围岩的变形和破坏特性.     

深部巷道稳定的若干岩石力学问题

论述了深部岩石力学与工程问题研究的意义；评述了深部原岩应力分布对岩石性质与岩石工程的影响；指出了岩石强度失效与工程围岩破坏过程的实质；分析和评价了岩石破坏所形成的序列结构形式以及对其强度的影响．根据深部岩石工程施工以及变形破坏的特点，通过对工程开挖的卸压影响、岩石脆性与延性破坏的关系以及岩石变形、破坏的时间效应的分析，说明了深部岩石工程稳定有其不同的性质与特点．     

二道垭隧道开挖与支护的数值模拟分析

大量工程实践表明，岩体工程开挖后的应力调整和变形并不是瞬时完成，本文采用大型有限元工程模拟分析软件ABAQUS，模拟二道垭隧道的开挖与支护过程，研究隧道开挖后考虑不同的应力释放比例后再支护时，围岩的变形及锚杆的受力情况．计算结果表明：对于松软岩层来说，考虑应力释放后再支护的计算结果更好地反映工程围岩的变形和破坏特性．     

基于三剪统一强度准则的隧道围岩抗力系数计算

基于三剪统一强度准则对隧道围岩抗力系数进行了分析,并导出了围岩抗力系数的计算公式。在表征岩石的强度和变形特征时采用了三剪统一强度准则以反映中间主应力对岩石强度和变形的影响,在描述隧道围岩塑性区内的应力状态时,采用中间主应力参数法来表达不同岩体可能具有的不同塑性区应力状态。计算实例表明：隧道围岩的中间主应力对隧道围岩抗力系数有影响,考虑中间主应力效应后所得的隧道围岩抗力系数增大。     

山体隧道洞口段应力特征研究

隧道开挖必然导致洞口段原岩应力重新分布,针对洞口段围岩应力复杂变化及隧道支护受力情况,采用ANSYS有限元三维模拟,并结合现场试验,对浙江某山体隧道进行整体分析.直观地展示了围岩仰坡段受隧道开挖及山体地形地貌影响下应力变化特征,并表明坡趾是阻止失稳破坏的关键位置,衬砌内力与其自身刚度成正比关系等.对该隧道洞口段应力变化情况进行分析,以期对其他类似工程的研究提供借鉴意义.     

深埋交叉隧道动态施工力学行为研究

分离式独立双洞之间的横通道开挖,再一次引起主隧道围岩和支护结构的应力释放与重分配,引起交叉段附近岩体与支护结构力学行为发生变化。结合高地应力区深埋隧道工程,通过3D弹塑性有限元数值仿真模拟,分析横通道不同施工方案和动态施工过程对主隧道围岩与初期支护结构力学行为的影响。分析结果显示,横通道的开挖对围岩应力和位移影响较大,对交叉侧主隧道侧壁初期支护应力及交叉对侧主隧道侧初期支护3σ和XY平面的剪应力影响较大。为深埋隧道交叉段监控量测系统的设计、施工方案优化及安全控制提供了依据。     

黄土连拱隧道开挖的模型试验与压力拱分析

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.     

资兴高速K21段顺层岩质边坡支护过程数值模拟研究

以资兴高速K21段顺层岩质边坡为研究对象,借助现场调查、数值模拟研究段边坡的开挖和支护过程,对各阶段的稳定性、位移、应力等的变化规律进行分析,验证了开挖、支护设计的合理性以及边坡加固的安全性,研究了边坡在开挖支护过程中应力应变规律。结果表明,顺层岩质边坡开挖扰动开挖破坏了边坡原有的应力分布,导致岩体产生裂隙损伤和变形,并逐渐扩张,弱化岩体和层面自身的强度。同时,边坡开挖,直接破坏了边坡原有的连续受力体系,由于软弱层面的抗剪强度较低,从而导致岩层沿开挖揭露的软弱层面整体下滑。锚索框架一方面通过对坡体的位移的控制作用,增加坡体的稳定性,另一方面通过预应力锚索把层状岩体锚固在一起,使得各层之间摩阻力增大,内应力和挠度大为减少,大大提高了层面的抗剪强度。     

卸荷区岩体屈服准则

由于工程建设的需要,常常要进行岩体的开挖,岩体开挖以后,地应力释放,岩体应力重新分布,大部分岩体处于卸荷的状态.由于卸荷条件下岩体的屈服特性与加载条件下岩体的屈服特性有本质的区别,因此由加载试验所得到的C-M屈服准则将不再适用于卸荷区岩体.结合卸荷条件下岩体会出现拉应力和拉剪应力的特征,以试验数据为依据,拟合出了适用于卸荷区岩体的抛物线型C-M屈服准则,并推导了抛物线型Coulomb-Mohr屈服准则的抛物线型Drucker-Prager准则的外接圆、内接圆、内切圆类型,比较了抛物线型Coulomb-Mohr准则与Hoek-Brown准则的异同.     

开挖卸荷岩质坡体的断裂破坏机理

岩质坡体在开挖过程中的失稳破坏已成为道路工程领域日益严重的问题,目前有关卸荷坡体的断裂破坏机理还不清晰。为此,基于自然坡体实际结构特征,并结合岩石力学知识,首先分析了岩体原生裂纹在坡体开挖前后的应力状态。继而,借助断裂力学理论,解析了不同荷载模式下岩体裂纹失稳扩展的力学条件,探讨了求解裂纹扩展方向和规模的计算方法,构建结构面扩展贯通力学模型;最后,通过具体算例验证了模型的合理性。研究表明开挖岩质坡体的失稳是岩体内特定方向的原生裂纹萌生启裂并扩展贯通的结果,其本质是岩体应变能释放耗散与应力的调整过程。     

锦屏一级水电站左岸边坡高地应力区卸荷松弛特征及其控制措施

岩体开挖卸荷松弛效应对边坡的稳定性影响巨大,如何控制岩体卸荷松弛程度非常重要。以锦屏一级水电站左岸高边坡为研究对象,区域3维地应力场反分析结果表明:工程区域内地应力水平较高,水平构造应力较大,河床处的最大主应力达到40～50 MPa。施工期声波波速及钻孔变模的测试数据表明:边坡高地应力区的岩体卸荷松弛现象非常明显,岩体卸荷松弛深度随着地应力的增大而增大。边坡高地应力区开展的先挖后锚和先锚后挖的两种岩体卸荷松弛控制试验表明:先锚后挖能够有效地改善岩体的应力释放,同时能够较好地控制岩体的变形。     

两郧断裂带十漫高速公路隧道围岩稳定性研究

应用非线性有限元法和施工过程力学的基本原理,研究十漫公路隧道的开挖、支护的原理,根据两陨断裂带的岩体特征,采用分步加载和荷载释放的原理,对隧道的整体稳定性以及围岩和支护结构的受力特征进行了详细分析.由数值模拟结果可知:隧道环向处产生应力集中,且初次衬砌和二次支护结构应力较大;局部断裂破碎带对二道垭隧道的影响较大.因此需要在施工中采用合理的开挖支护方法,确保隧道的施工期及正常运营期的稳定性.     

无围岩断裂带时隧道交叉段开挖的影响分析

结合青岛地铁一期3号线的清江路站工程,研究了在无围岩断裂带环境下隧道进行交叉段开挖时引起的围岩应力场和位移场的变化情况以及衬砌结构的施工力学行为.论述了围岩支护工艺、开挖速度、开挖方法和路面荷载对隧道开挖的影响.为同类工程施工提供借鉴.     

沙湾隧洞数学仿真模型分析及开挖方式研究

通过对沙湾地下隧洞工程的数学仿真模型的分析,以Ⅳ类围岩典型断面为例,计算围岩位移、围岩应力、衬砌及锚杆应力等,分析不同开挖方式对隧洞围岩稳定性的影响,探讨优选隧洞的支护及开挖方式,验证设计方案的合理性。     

二元结构岩土基坑“吊脚桩”支护设计数值分析

在山地丘陵地区,上层是土体、下层是岩体的岩土二元结构基坑非常普遍。针对此类基坑支护中常用到的“吊脚桩”的设计和施工特点进行有限元数值模拟与分析,研究了其设计方法及其安全稳定性、桩体嵌岩深度、桩脚处锚杆轴力和预留岩肩宽度等各种影响因素。分析结果表明：此类基坑设计对上层土体按传统设计计算方法进行设计施工时能够保证上层土体开挖基坑的稳定性;增加嵌岩深度或增大桩脚处锚杆预应力都能有效地控制下层岩体开挖时基坑的稳定和变形,锚杆预应力为主要控制因素,施工中要注意对其轴力进行监测;预留岩肩宽度越大,支护桩位移越小,当该宽度大于某定值时,其变化对位移和弯矩的影响作用将不再明显。     

隧洞掘进机开挖的围岩-支护系统联合承载数值分析

对隧洞掘进机(TBM)开挖过程围岩-支护的联合承载特性进行了数值分析.首先详细分析了在TBM掘进时,围岩和支护的相互作用过程和各种荷载的属性.然后,提出了TBM施工围岩稳定和支护受力的计算方法,主要考虑了施工作用力、开挖荷载和外水压力荷载.提出了确定TBM施工过程中围岩单独承担开挖荷载比例的计算方法.最后结合某大型供水工程,采用上述方法分析了TBM掘进段II—V类围岩稳定和支护受力特性.计算结果既符合一般规律,也提供了定量评估围岩承载能力的方法,能够充分反应不同岩性下围岩-支护系统的联合承载特性,并从数值分析角度论证了衬砌设计的合理性.