基于Hoek-Brown准则的最小安全岩层厚度模型研究

针对岩石断裂突水的非线性破坏特征,将Hoek-Brown准则等效成Mohr-Coulomb准则,建立基于MohrCoulomb准则和虚功原理的防突岩层安全厚度模型,推导了最小安全岩层厚度计算公式。公式表明,最小安全岩层厚度主要受隧道埋深、溶腔水压和完整岩石试样抗压强度的影响,同时还受岩石结构类型、岩体风化状况、爆破扰动和应力松弛等因素的影响。文章定义了"单调突变水压",用其来表示最小安全岩层厚度随埋深变化曲线单调性突变的临界溶腔水压值,同时定义了"特征水压",用其来表示不同埋深下最小安全岩层厚度相等时的临界水压值。以某隧道为例,研究最小安全岩层厚度随主要参数的变化规律,研究表明溶腔水压小于单调突变水压时,最小安全岩层厚度随埋深的增大而减小,溶腔水压大于单调突变水压时,最小安全岩层厚度随埋深的增大而先增大后减小;当不同埋深下隧道掌子面前方溶腔水压达到特征水压时,最小安全岩层厚度值相等;同时最小安全岩层厚度随岩石试样单轴抗压强度增大而减小。将该模型运用于某铁路隧道中,预测结果可靠。研究成果可以应用于隧道突水灾害的风险评价中,对突水风险管控有一定意义。     

充填型岩溶覆盖层厚度对隧道突水突泥的影响研究

由于围岩本身处于自然平衡状态,但在外界因素扰动作用下,改变了围岩原有的应力分布和地下水流动状态,从而引起岩溶裂隙进一步扩张、扩展,形成具有一定宽度的地下水径流管道,诱发隧道突水突泥灾害的产生。结合工程实例,建立了防突岩层最小安全厚度的力学模型,并推导出其计算公式,最后利用有限差分模拟软件进行预测在不同的充填介质厚度影响下,岩溶隧道发生突水突泥的可能性,通过分析、预测,为隧道施工的安全进行提供可靠保障,避免在隧道施工过程中突水突泥灾害的发生。     

考虑T应力下受压岩体水力压裂特性分析

自然状态下岩体多处于受压状态,分析受压岩体水力压裂性质对于完善和发展水力压裂技术有着重要意义。基于线弹性断裂力学的基本理论,对受压岩体水力压裂性质开展研究,通过最大周向应变准则,考虑裂隙尖端非奇异项即T应力的影响,推导出闭合和非闭合状态下临界水压和临界起裂角计算式。将该计算式用于某岩石水力压裂工程实例计算,所得计算值与实际值较为吻合。最后分析了闭合和非闭合情形下泊松比和侧压力系数对临界水压和临界起裂角的影响。该文研究可为实际水力压裂技术提供一定的理论参考。     

基于界面黏结–滑移模型的等间距破裂层状岩体裂隙间距分析

等间距破裂是层状岩体中常见的一种地质现象，如何合理预测裂隙间距，对岩体的稳定性分析具有重要的理论及工程意义。考虑层状岩体界面剪应力在滑移过程中的应力软化现象，基于界面的三线式黏结–滑移本构关系，推导岩层界面处于不同黏结状态下破裂岩层内拉应力和的岩层界面剪应力解析表达式；建立考虑覆岩压力的岩体拉伸破坏准则并给出等间距破裂岩体的裂隙间距计算公式；通过有限元数值计算和现场实测数据验证所提出理论计算公式的可行性；并进一步分析影响层状岩体中裂隙间距的主要因素。结果表明建立的黏结–软化–滑移解析模型可用于分析岩体界面处于黏结、部分滑移、应力软化及完全滑移等不同状态下的裂隙间距计算。     

水压诱发裂缝拉伸与剪切破裂的理论模型研究

 基于断裂力学理论,分别研究水压诱发的拉伸与剪切破坏特征。在水压诱发拉伸破坏方面,建立考虑井筒影响的地应力与水压耦合下的射孔尖端裂缝应力强度因子计算方程,推演该条件下拉剪复合应力状态下的断裂准则以及临界水压和启裂角的计算式。运用该方法从理论上分析了井筒周围存在对称的2条裂纹时,启裂水压和角度受射孔倾角、射孔长度、井筒半径及主应力差的影响。研究结果表明,依据推演的拉剪复合型断裂准则计算得到的射孔启裂水压和角度与试验结果吻合良好。参数分析表明：随着射孔长度或井筒半径的增加,临界水压减小。在水压诱发剪切破坏方面,则根据裂纹面的应力状态,分别推导裂纹处于压剪闭合状态和压剪不闭合状态下,水压诱发剪切破坏的断裂准则,并考虑非奇异应力对剪切断裂的影响,进一步推导压剪闭合应力状态下发生剪切破坏的临界水压计算公式。     

深部隧洞裂隙围岩渗透特性及衬砌外水压力变化规律

高外水压岩是影响隧道开挖过岩围岩稳定及衬砌结构安全的关键因素之一,基于裂隙介质渗流经典理论,给出围岩、衬砌不同渗透系数下的外水压岩解析解,采用数值方法对隧洞二次衬砌后的外水压岩作用特性进行仿真模拟,探讨裂隙围岩岩衬砌渗透系数对渗流场的影响,围岩、衬砌渗透和排水措施岩外水压岩的相关性。研究表明岩体和衬砌渗透系数之比是影响衬砌外水压岩的关键,正确的灌浆、排水设计对外水压岩折减系数影响较大,是减小衬砌外水压岩的有效措施。结论对高压水作用下裂隙岩体渗流及衬砌外水压岩研究具有重要理论意义,对高水压下围岩注浆及衬砌结构材料选型、参数选择等具有重要岩岩实用价值。     

深埋隧道溶洞岩体防突层安全厚度研究

为防治深埋岩溶隧道开挖诱发的围岩突水灾害,文中依托巫镇高速笔架山隧道,在考虑溶洞水压条件下研究了充水溶洞位于隧道不同方位、不同距离以及不同埋深时隧道围岩塑性区变化规律。研究结果表明,溶洞位于隧道底部时洞内水压对岩体支护作用最为显著,但该位置的防突层安全厚度受隧道埋深影响最大;溶洞位于隧道顶部时防突层安全厚度对隧道安全影响最大;防突层安全厚度随着隧道埋深的增大而增加;计算所得最小安全厚度为3.9～13.1m,在任意位置情况下,防突层安全厚度均随隧道埋深增大而增加,该预测模型可为隧道突水灾害防治提供参考。     

基于FLAC3D软件分析爆破施工对近接既有隧道安全的影响

为研究复杂地形地质下爆破施工对近接既有隧道安全的影响,以珠海市横琴新区环岛西路（西环隧道及西环隧道以南段）扩建改造工程为工程背景,基于FLAC3D软件建立数值模型,模拟爆破施工对隧道安全的影响。根据对数值计算结果的分析,得到以下结论：不同围岩等级对既有西环隧道的变形影响明显;新建辅道的施工工法有效控制既有西环隧道的应力影响;不同围岩等级对既有西环隧道的振动速度影响较为明显。     

隧道围岩分级判别的未确知均值聚类模型

基于未确知测度理论,建立隧道围岩分级的未确知均值聚类分析模型。针对隧道围岩分级判别中等级评价中许多不确定性影响因素,选用岩石等级、风化程度、岩体弹性纵波波速、岩体结构、地质构造影响程度、节理裂隙发育程度和地下水情况等7个指标作为隧道围岩分级的判别因子;以20组隧道围岩实测数据作为训练样本,建立各评价因子的未确知测度函数,用各分类样本平均值表示其分类中心;根据信息熵理论计算各评价因子的权重,依照置信度识别准则进行等级判定;用建立的模型对20组实测数据逐一进行回检,正确率为100%。将建立的模型对待分类的10     

裂隙岩体损伤演化本构模型的实现及应用

裂隙岩体在裂隙起裂、扩展损伤至失稳破坏过程中,同时存在损伤和断裂两种缺陷的累积和发展,且断裂又会造成损伤的进一步累积,岩体的断裂与损伤密切相关。将裂隙岩体视为含损伤连续介质,通过综合考虑压剪应力状态和拉剪应力状态下裂纹起裂、扩展损伤演化,用初始损伤张量和裂纹扩展附加损伤张量描述裂隙岩体的损伤演化过程,将压剪应力状态和拉剪应力状态下裂纹的初始损伤张量以及裂纹起裂扩展后附加损伤张量引入到自定义本构模型中,用VC++开发了可模拟裂纹在各种应力状态下起裂、扩展损伤演化的自定义本构模型动态链接库(DLL),该模型中用体积模量和剪切模量的损伤度来表示损伤。用该自定义本构模型对一隧道稳定性进行了分析。经分析发现:隧道围岩的断裂损伤范围比屈服破坏的范围大一倍左右;不考虑损伤的隧道围岩的最大位移量为0.05 m,考虑损伤的隧道围岩的最大位移量在达到0.1 m,断裂损伤区岩体的体积模量和剪切模量也有较大程度的降低。该自定义本构模型可以用来模拟裂隙岩体的损伤演化过程,模拟的结果能够为工程实践提供合理建议。     

地下水封石油洞库水封准则研究

水封准则是地下水封石油洞库设计与运行管理的基础。为获取工程应用更加简便实用的地下水封石油洞库水封准则,基于裂隙水流动阻力效应的研究,建立了气压推动裂隙水迁移的油汽逃逸模型;根据裂隙水迁移启动的临界条件,推导了铅直裂隙和倾斜裂隙中裂隙水满足油汽封存的临界水封厚度计算公式,讨论了临界水封厚度条件下洞库的原油水封效果。利用气液两相流数值分析成果和工程实际监测成果,论证了提出基于临界水封厚度的地下水封石油洞库水封准则的正确性。     

有压圆形隧洞围岩径向裂纹应力强度因子研究

为研究隧洞围岩周边径向裂隙的水力劈裂问题,利用复势法分别给出了高水压和构造应力两种因素作用下围岩径向裂隙应力强度因子的解析公式。研究表明:在压应力构造应力场中,构造应力只主导裂隙的Ⅱ型扩展,围岩孔隙水压力只主导裂隙的Ⅰ型扩展;侧压力系数和构造主应力与裂隙夹角是影响裂隙Ⅱ型扩展的重要因素。研究结论对于进一步研究高水压和构造应力对径向裂隙的水力劈裂效应具有重要的参考价值。     

基于强度折减法双线隧道支护参数分析

文章结合川藏铁路工程的实际情况,利用强度折减法原理,考虑围岩等级、支护强度级别和支护厚度三个因素对隧道安全系数的影响。计算结果得出在围岩条件较好时,支护对提升隧道安全系数影响有限,在围岩条件一般时,支护对提升隧道安全系数有显著影响,其中支护厚度较支护混凝土等级的影响更为明显。     

45°斜井反井法开挖围岩稳定性分析

隧道围岩的层状结构同隧道方向的相对位置关系是影响隧道围岩稳定性的重要因素之一,文章结合猴子岩45°斜井段城门洞型全断面爆破开挖遇到的工程实际问题,以其右边墙处小角度相交的最发育裂隙为对象,通过建立对应模型,模拟计算出斜井贯穿后围岩位移与初期支护位移大小,分析周边围岩的层面裂隙同隧道方向夹特定角度下的洞室变形特性及稳定性,为该类隧道的设计施工提供参考。     

水位和覆土厚度变化对过江隧道稳定性影响的数值分析

对于过江地下隧道,研究重点一般放在对围岩承载能力的研究上。本文对过江隧道围岩稳定性分析是结合现有的工程实例,根据实际勘察数据,通过建立模拟过江隧道开挖的有限元模型,分析过江隧道在不同覆盖层厚度以及不同水位高度下的管片衬砌应力与隧道拱顶位移变化规律,可为过江隧道结构设计提供借鉴。     

地铁隧道施工邻近建筑物安全风险等级评价

根据武汉地铁工程实际经验,分析了地铁隧道施工邻近建筑物安全风险评估流程,基于建筑物与隧道的邻近等级划分、建筑物现状评价、隧道工程条件等因素,将地铁施工邻近建筑物安伞风险等级划分为5级,提出了地铁施工邻近建筑物安全风险等级划分方法和标准,为对不同风险等级建筑物给出相应的控制标准和施上保护措施提供依据.     

岩溶隧道掌子面防突厚度理论分析

掌子面岩墙预留厚度是高风险岩溶隧道采用释能降压法施工时的一项重要技术参数。本文基于弹性厚板理论,分析了岩溶隧道掌子面突水机制,推导了边界条件分别为固支和简支两种模式的岩溶隧道掌子面岩墙安全防突厚度及临界水压计算公式。上述计算公式的参数化分析表明,两种模式下掌子面岩墙安全防突厚度随前方岩溶水压力、岩体泊松比的增大而增大;掌子面岩体质量越差,防突厚度愈大。临界水压力随掌子面岩墙厚度增加而增加,掌子面岩体质量越差,临界水压力愈小。掌子面岩墙安全防突厚度的理论分析及算例结果表明,固支边界条件下的计算结果与施工中普遍采用的预留厚度值较为一致,该结论可为类似工程提供参考和借鉴。     

厚层堆积体隧道洞口施工力学特性研究

结合飞仙关隧道洞口段覆有厚层松散堆积体的工程实际,运用FLAC~(3D)软件建立有限元数值模型,模拟在不同厚度堆积体下施工对围岩变形和力学特性的稳定性影响。通过对堆积体厚度分别为35、40、45 m~3种工况下初期支护轴力、围岩应力和隧道关键点位移对比分析,得出堆积体厚度对洞口施工力学特性有很大影响,3种工况中厚度为40 m时,隧道开挖对围岩的扰动性最小。     

隧道多年冻土段隔热层厚度解析计算结果的探讨

寒区隧道保温层厚度解析计算结果需要根据隧址区气象条件进行修正,通过探究隧道多年冻土段隔热层厚度解析计算结果是否需要修正,以获得隔热层铺设厚度安全、适用的计算方法。基于多层圆筒壁热传导理论,结合由斯蒂芬公式计算得到的围岩最大融化深度,以围岩与初衬之间的温度为0℃作为控制条件,推导了隧道多年冻土段隔热层双层铺设时所需厚度的解析计算公式。进而对该解析方法计算结果存在的误差及来源进行分析,并将该解析方法和有限元数值方法的计算结果进行比较。研究结果表明:隧道多年冻土段隔热层铺设厚度的解析计算结果略大于数值计算结果,其差值在1~2cm左右,在实际工程应用中,考虑到隔热层厚度的规格和工程安全系数,可认为对于隧道多年冻土段,隔热层铺设厚度解析计算方法是合理可行的。     

裂隙岩体小净距超大断面隧道围岩非连续变形分析

由于现有隧道规范不足与设计、施工经验匮乏,裂隙岩体中小净距超大断面隧道的围岩稳定性分析与中夹岩柱变形破坏特征及其支护方案优化仍是大型隧道工程建设中遇到的棘手难题。以济南市东南二环绕城高速大岭超大断面隧道为工程依托,通过对掌子面岩体结构信息的精细化描述,获取各评定指标分布概型,并应用Monte Carlo法生成符合围岩等级评价指标分布概型的大量随机数,通过归纳统计获得隶属各围岩亚级分级的概率分布,由此对岩体质量进行了稳健评估。此外,用改进的非连续变形分析(DDARF)法对大岭隧道浅埋小净距段围岩的变形破坏规律及裂隙演化过程进行了数值模拟;以裂隙扩展破碎区贯通与否作为中夹岩柱稳定性的评定依据,分别针对无锚、有锚支护条件下的围岩稳定性状况及变形特征进行了对比分析。结果表明:无锚支护条件下,隧道后行洞开挖对先行洞的裂隙扩展及变形有一定影响,但不明显;而锚杆支护则可显著约束围岩尤其是中夹岩柱的裂隙扩展及贯通,锚杆支护条件下二次扰动后先行洞围岩的裂隙扩展情况、变形破坏特征与单洞开挖无异,且系统锚杆支护与中夹岩柱水平加长锚杆支护对裂隙演化的控制效应无较大区别。研究结果对裂隙岩体中小净距超大断面隧道围岩的支护方案优化有实际指导意义。