基于节理精细化描述的隧道围岩变形破坏特征分析

 福州机场高速二期金鸡山隧道是国内首例双向八车道连拱隧道,隧道区域内节理发育,围岩破碎,隧道围岩稳定性受节理展布特征影响显著。通过对金鸡山隧道中导洞开挖掌子面、区段断面及其他出露区域节理的采集,利用统计分析方法对隧道正洞区域内的节理展布预测;在此基础上,利用非连续变形分析(DDA)法对金鸡山隧道围岩变形、破坏过程进行模拟计算,对隧道围岩变形、破坏的典型阶段进行划分,并指出隧道容易发生变形破坏的部位。最后,将DDA计算分析结果与隧道施工过程中发生的塌方进行比较,两者性态一致,表明DDA法在隧道围岩的稳定性分析基本能够反映隧道真实稳定性,在隧道围岩稳定性分析方面具有良好的应用前景。     

节理岩体中隧道围岩变形特征分析

金鸡山隧道是国内首例双向八车道连拱隧道,隧道区域内节理发育,围岩破碎,隧道围岩位移受节理展布特征影响显著。通过对施工中中导洞开挖掌子面、区段断面及其它出露区域节理的采集,利用统计分析方法对隧道正洞区域内的节理展布预测。在此基础上,利用自行编制的非连续变形分析计算的断续节理扩展过程的模拟算法,对金鸡山隧道的位移特征进行分析。结果表明,金鸡山隧道在2组节理作用下隧道围岩位移以竖向位移为主,且最大位移发生在外侧拱肩部位,研究成果为隧道施工中支护加固提供依据。     

节理岩体热应力问题的非连续变形分析方法

 结合非连续变形分析方法, 提出了一种研究节理岩体热应力问题的等效初应力方法。该方法将温度变化对岩体的力学影响转化为等效初应力的作用来求解节理岩体热应力问题, 给出了平面应力和平面应变问题中等效初应力和等效载荷矩阵的计算公式。算例表明该方法是有效的。     

开挖瞬态卸荷引起的节理岩体松动模拟试验

为了研究高地应力条件下节理岩体的卸荷松动效应,设计一套高地应力条件下节理岩体开挖卸荷松动的室内试验模拟系统,利用岩条受压后的快速断裂失稳,有效实现单轴受压节理岩体试件的应力快速卸载,模拟出高地应力瞬态卸荷引起的岩体松动效应,从而更好地论证高地应力条件下岩体开挖荷载瞬态卸荷(ELTU)引起的节理岩体的松动效应,并利用试验模拟的方法研究开挖荷载瞬态条件下节理岩体松动效应与初始地应力的相互关系。试验结果表明,地应力瞬态卸荷产生的节理面张开位移与卸荷初始应力的平方存在一定的正比关系,节理面的数量以及与开挖卸荷部位的距离影响各节理面处的张开位移在开挖卸荷总位移量中所占比例。     

特大跨度连拱隧道岩体节理的精细化描述及其块体稳定性分析

 福州长乐国际机场高速二期金鸡山隧道是双向八车道连拱隧道,隧道区域内节理发育,开挖过程易于产生块体,而块体稳定则是公路隧道施工过程中最为关键的问题之一。通过对金鸡山隧道中导洞开挖掌子面及其他出露区域的节理进行精细化采集与描述,经统计分析后预测隧道正洞区域内的节理分布,运用关键块体理论分析中导洞节理精细采集断面所对应的隧道正洞区域在开挖过程中可能产生的关键块体的位置、大小、下滑力、安全系数等与关键块体稳定相关的参数。对各关键块体在先后施加锚杆和衬砌加固的情况下进行力学计算,分析块体的稳定性,评价支护方案,为隧道的设计与施工提供依据。     

节理岩体隧道围岩稳定性离散元数值模拟

概述节理岩体特性及离散元法基本原理,结合实际工程,采用离散元软件UDEC对节理岩体隧道围岩稳定性进行分析,数值模拟结果与实际工程施工情况吻合良好。同时,基于计算结果及应力和能量判据,较为准确地对隧道工程岩爆进行预测。分析表明用UDEC进行富含节理岩体的隧道开挖数值模拟具有一定可行性。     

试论节理对隧道开挖和衬砌的影响

本文采用文献[1]中的接触摩擦单元对在具有节理和弱软介质中隧道开挖和衬砌进行了有限元模拟。考虑了三种情况:(1) 无节理影响的弹塑性分析;(2) 有一条节理带和软弱夹层影响的弹塑性分析;(3) 双节理和软弱夹层影响的弹塑性分析。通过计算,表明节理的存在,使隧道衬砌的变形和受力状况恶化。     

浅埋傍山隧道拱顶节理岩体边坡稳定性研究

以安徽省黄塔高速公路龙瀑隧道为分析对象,通过围岩地质结构特征分析、参数反演和稳定性计算,探讨了浅埋傍山隧道拱顶边坡稳定性分析思路和加固方案。研究表明:(1)倾坡外节理面的存在对隧道拱顶边坡的稳定影响显著,在开挖切割坡脚后极易出现边坡失稳;(2)对于裂隙较发育的拱顶边坡,采用大管棚注浆加固可有效提高其稳定安全系数;(3)对于存在架空节理面的岩体边坡,大管棚的加固效果要明显好于大直径锚杆。以上研究成果对类似浅埋傍山隧道修建有着较好的借鉴和指导作用。     

循环荷载作用下层状节理岩体锚固效果的物理模拟研究

运用物理模拟方法，研究了在循环荷载作用下层状节理岩体非锚固与锚固模型的弹性模量E随岩体分层厚度h和块度α(岩块体积的立方根)的变化规律。试验的16个模型是层状和层状节理岩体非锚固与锚固模型各4个。得出的结论是：层状与层状节理岩体非锚固模型的E随h或α呈指数规律变化。层状与层状节理岩体，在第1加载循环时E随h或α呈对数规律变化：在循环加载时E随h或α呈线性规律变化。在非锚固条件下，岩体发生由表及里的层裂破坏，而锚固使层裂破坏得到了有效控制，模型破裂后仍具有良好的整体承载性能。岩体的h和α越小，锚固效果越好。高应力条件下对层状与层状节理岩体的锚固必须强调各锚固件的强度和锚杆的预紧力。     

开挖动态卸荷对节理岩体渗透特性的影响研究

 利用应力波理论分析高地应力条件下节理岩体边坡开挖过程中的动态卸荷效应，探讨卸荷松动后节理岩体渗透特性的变化规律。研究结果表明，高地应力作用下节理岩体边坡开挖过程中的动态卸荷松动效应显著，其影响必须考虑。开挖荷载幅值、岩体弹性模量和节理分布间距等因素通过影响节理开度而影响岩体的渗透特性；岩体中完整母岩与节理岩体的结合部位往往是开挖松动较大的部位，其渗透系数变化明显。对于等间距平行节理组垂直切割的直立坡岩体，若岩体的弹性模量由坡外向坡内呈线性增大，计算得到的节理岩体渗透系数分布符合幂函数衰减规律(由坡外向坡内)；若节理岩体的弹性模量由坡外向坡内无变化，则开挖动态卸荷松动现象不会发生。     

节理岩体卸荷各向异性力学特性试验研究

 针对节理岩体开挖卸荷所产生的各向异性力学难题,通过制作不同倾角单一预制节理试件,开展节理岩体三轴卸荷试验,研究卸荷条件下节理岩体的应力–应变关系、变形特征、强度特征和破坏模式。得到如下结论：(1) 进入卸荷阶段之后,0°,30°和90°倾角节理试件的应力–应变曲线依次出现屈服、软化和残余变形阶段,而45°和60°倾角节理试件只出现屈服阶段。(2) 节理试件的变形模量随节理倾角呈U型变化,其中,60°倾角节理试件的变形模量最小;随着围压升高,不同倾角节理试件之间的变形特性差异逐渐减小。(3) 0°,30°和90°倾角节理试件的抗压强度降低,而45°和60°倾角节理试件几乎未降低;节理试件的黏聚力随节理倾角呈U型变化,其中,60°倾角节理试件仍为最小;而内摩擦角随节理倾角增大而增大。(4) 0°,30°和90°倾角节理试件的破坏模式均为穿越节理的压剪破坏,且不受节理影响,而45°和60°倾角节理试件的破坏模式均为沿节理面滑动破坏。(5) 揭示节理岩体的卸荷力学特性分为受岩块强度控制和节理面强度控制。     

节理岩体力学参数的选取与应用

在岩块的变形和强度参数及岩体结构面的野外统计窗资料的基础上，利用损伤力学和Hook-Brown准则进行节理岩体力学参数的选取，从而为岩体工程数值模拟提供较可靠的参数。最后，给出了该方法应用于浙江三门核电厂人工边坡数值计算的实例。     

裂隙岩体渗流-弹塑性应力耦合分析

引入能反映裂隙剪胀特性的非线性弹塑性本构模型 ,从而考虑了裂隙非线性法向变形和剪胀对裂隙隙宽的影响 ,更实际地反映了裂隙变形对岩体渗透性的影响。给出的算例表明所提出的方法是可信的     

冻融荷载耦合作用下单裂隙岩体损伤模型研究

针对寒区节理岩体工程结构中的冻融受荷岩体,采用在类岩石材料中预制裂隙的方法模拟节理岩体,通过冻融循环试验和单轴压缩试验,分析裂隙岩样的几何特征(裂隙长度、裂隙倾角)对岩体强度的影响;基于细观损伤理论和宏观统计损伤模型,建立冻融受荷裂隙岩石损伤劣化模型,探讨裂隙岩体在冻融和荷载耦合作用下的损伤劣化机制。研究结果表明：(1) 岩石反复冻融引起的损伤是一个疲劳破坏的过程,受荷损伤是岩石类非均质材料各组成成分对力的传递速率以及自身变形差异性引起应力场不均匀分布的过程;(2) 冻融和受荷以不同的力学机制促使岩石中裂纹的萌生和扩展,由此诱发的损伤相互耦合,其耦合作用会使总损伤有所劣化;(3) 裂隙长度以及冻融循环次数对总损伤的影响较大,而裂隙倾角对总损伤的影响相对较小;(4) 相同的冻融循环次数下,裂隙岩样较完整岩样的损伤劣化程度严重。     

长梁山隧道水平软弱围岩地段施工效应分析

针对长梁山隧道软弱围岩段的施工难题，采用三维数值模拟于段对施工过程进行了计算分析。根据计算分析的结果，基本掌握了存正台阶、短进尺开挖情况下软弱围岩地段围岩的应力分布特征和变形特性，从而表明对于长梁山隧道的软弱围岩地段采用正台阶、短进尺的施工方案是合理的。     

数字照相量测在岩石隧道模型试验中的应用研究

在节理岩石隧道的三轴相似模型试验研究中,应用数字照相变形量测技术,采用自行研发的岩土工程数字照相量测软件系统PhotoInfor,对隧道围岩的变形破坏模式和不同围压作用下的变形破裂演变过程进行试验观测和定性、定量分析;针对隧道围岩破裂带量测难点问题,提出一种基于图像相关分析的围岩破裂带的准确识别新方法——图像钻孔法,通过在试验图像上沿着隧道周边径向设置多组pixel测点(一组测点称之为一个图像钻孔,各组测点间距为1pixel),利用PhotoInfor得到隧道围岩破裂带分布图,根据各组图像钻孔测点位移的突变位置,可对围岩破裂带的范围进行准确界定,同时发现,隧道围岩破裂带产生后破裂区内岩块再破裂的现象,这将有助于进一步深入分析岩体破坏后的力学行为。研究结果表明:数字照相量测不仅在砂土模型试验中应用效果良好,也是岩石相似模型试验中有效的变形量测手段,在岩土力学与岩土工程试验研究领域中可广泛进行推广应用。