基于井流理论的隧洞外水压力解析计算方法研究

外水压力是影响隧洞安全稳定运行的关键因素。目前，外水压力的取值仍采用经验性或半经验性的方法，局限性较大。基于井流理论，采用水-岩分算的方式，通过地下水渗流原理推求圆形隧洞外水压力折减系数解析计算公式，并通过数值分析方法进行对比，将成果应用于城门洞形断面进行验证。结果表明，围岩条件即围岩的渗透性主要影响外水压力的大小；衬砌支护完成后，隧洞孔隙水压力会快速降低，然后逐渐趋于稳定，衬砌的阻水作用得到充分发挥；利用解析公式计算等效转换后的城门洞形断面，解析解与数值解误差不大，围岩的渗透性仍为主要因素。     

半圆弯拉下岩石内裂纹扩展规律数值模拟研究

岩石内部固有缺陷的存在和扩展是导致其断裂的重要因素,半圆弯拉试验是该领域的重要实验。为研究半圆弯拉下含三维内裂纹试件扩展路径及断裂特性,基于Franc3D有限元自适应网格划分技术开展含三维内裂纹SCB试样数值模拟,结果表明:(1)基于Franc3D软件的三维裂纹扩展与室内试验具有较好的一致性,该软件是三维裂纹数值模拟的重要工具。(2)通过M积分得到裂纹尖端应力强度因子,分析得出对称加载模型为K_Ⅰ与底部加载跨距呈正相关的Ⅰ型断裂模式;非对称加载模型中出现复合断裂模式,随着右侧加载跨距的增加,K_Ⅰ先降低再升高,K_Ⅱ及K_Ⅲ先变化至0,再逐渐升高。(3)基于最大拉应力准则得到裂纹扩展路径,对称加载模型在I型断裂模式下进行平面扩展后破坏,非对称加载模型出现复合断裂模式,伴随翼型起裂并扩展至破坏。(4)定量分析对称加载模型裂纹内部扩展规律得出,裂纹下端扩展速率最大,上端扩展速率最小。