基于TSP物探指标的围岩质量预测研究

为利用TSP各物探指标预测隧道围岩质量,以G575线巴里坤~哈密公路东天山隧道为工程依托,利用灰色关联分析理论,建立了以岩体质量指标修正值作为围岩质量的依据,以9个物探指标为影响因素,采用MATLAB软件对隧道围岩质量的影响因素进行关联排序,确定影响围岩质量的主次因素;再选取高关联度的物探指标,采用灰色关联理论进行围岩质量预测。结果表明,波速、纵横波速比、泊松比、密度为影响隧道围岩稳定性的主控因素;剪切模量、拉梅系数、体积模量、动态杨氏模量、静态杨氏模量为次要因素;围岩质量预测采用波速、纵横波速比、泊松比、密度这4个高关联度的物探指标能准确预测隧道围岩分类。     

基于稳定性演化路径的反倾斜坡变形演化特征研究

从稳定性演化路径角度分析反倾斜坡倾倒变形演化特征。首先,在现场工程地质调查与勘察资料分析的基础上,构建反倾斜坡稳定性评价模型,利用Sarma法计算反倾斜坡稳定性系数;然后,通过变化倾倒条块数和倾倒角度,插值得出反倾斜坡稳定性响应云图,分析稳定性演化路径及对应的变形演化特征;最后,分析库水等外因作用下反倾斜坡稳定性演化路径变化规律。结果表明,反倾斜坡倾倒变形前期变形方式表现为以倾倒条块数增加为主,条块倾倒倾角增加较缓慢;进入拐点后,其变形将发生较明显转变,表现为倾倒条块数和倾倒角度同步快速增加;库水等外因对反倾斜坡稳定性降低较明显,但对稳定性演化路径的改变较小。     

基于上限有限元原理的双曲线强度折减法

相对于极限平衡法和有限元法来说,极限分析在边坡的稳定性分析中有着更严谨的理论基础和更明确的物理意义,但传统的极限分析上限法为了避免问题成为非线性规划,均是借助于超载系数来进行分析,而工程边坡用得最多的还是强度储备安全系数。针对这一问题,系统地介绍了极限分析上限有限元原理,并将强度折减技术引入到上限法,针对强度折减系数和超载系数满足双曲线的性质,用一种收敛速度更快的双曲线迭代法进行计算,克服了传统强度折减进行人工试算的不足,具有较高的收敛性。通过算例将所提方法与传统极限平衡法和有限元法进行对比,计算结果吻合度较高,说明了本方法的有效性。     

几何因子作用下反倾边坡倾倒变形响应规律研究

为分析层状反倾岩质边坡在坡度、岩层厚度、岩层倾角等3种常见几何特征因子作用下的倾倒变形响应规律,选取总位移指标作为倾倒变形评价指标,对几何特征因素下的144种组合方案进行了数值模拟研究,结果表明:随着坡度增加,反倾边坡易倾倒区变化路径为一条"C"型曲线,且总位移值逐渐增加;随着岩层倾角增大,易倾倒区面积逐渐减小、数值逐渐增加,在岩层倾角由30°增加至40°过程中,易倾倒区位置发生较明显的变化,岩层倾角增大到40°以后,易倾倒区位置相对较固定,变化较小;当岩层厚度为0.1,0.4 m时,易倾倒区主要平行坡度坐标轴呈条状分布;当岩层厚度为0.2~0.3m时,易倾倒区向坡度80°附近迁移,岩层厚度为0.2m时易倾倒区的总位移值最大。     

基于粒径差异性的粗砂岩强度参数特征分析

为探究粒径差异性对粗砂岩抗压强度、弹性模量、泊松比、裂纹演化的影响规律与关联程度,以室内试验为基础,采用颗粒流数值模拟软件 PFC３D进行参数标定获取岩体合理细观参数,建立不同水平粒径比模型并进行单轴压缩模拟试验,分析基于粒径差异性的粗砂岩各参数的变化规律,并通过灰色关联模型定量分析粒径比与粗砂岩力学参数的相关性.结果表明:粒径比由２．０增至５．０,岩体抗压强度降低了２９．９３％,弹性模量降低了 １７．２０％,泊松 比 增 大 了 ５．６９％.根据裂纹演化规律将其分为第一区间(２．０≤r≤３．０)、第二区间(３．０＜r≤４．０)、第三区间(４．０＜r＜５．０),张拉与剪切裂纹数均与粒径比表现为负相关,剪切裂纹变化趋势为第三区间＜第二区间＜第一区间;张拉裂纹在第一区间内浮动较大,第二、三区间变化趋势相近.破坏模式的影响分析表明,粒径比较小时模型内粒径差异性较弱,颗粒分布较为均匀,颗粒之间形成的黏结接触面积较小,其抵抗黏结作用所产生的变形较弱,颗粒粒径对裂纹在延展方向上的影响作用较弱,此时模型多发生剪切破坏.灰色关联模型数据显示,与粒径比关联度最大的为泊松比,最小的为剪切裂纹数,其值分别为０．５７５和０．５１９,在试验中充分考虑粒径比的差异性,有助于合理调控与获取粗砂岩岩体的相关力学参数.     

基于随机场理论的盾构隧道地表变形研究

在对地铁隧道开挖引起的地表变形研究中,通常将土体假定为均质各向同性材料,这与实际土体性质的随机性和不确定性不符。为此,利用随机场的计算机模拟和Monte-Carlo策略,以确定性分析为基础开展随机分析,研究土体弹性模量空间变异性对盾构隧道地表变形的影响。结果表明,考虑土体弹性模量空间变异性后,地表变形曲线仍符合高斯分布规律,与实际工程一致;土体弹性模量的随机性对地表变形程度和范围有重要影响,这与确定性分析有很大不同。     

基于侧压力系数变异性的隧洞围岩变形响应特征研究

以新疆东天山公路隧道为例,利用三维有限差分数值模拟软件FLAC3D,通过快速应力边界法生成符合实际工况的初始地应力场,结合实际侧压力系数λ的分布,分析λ取0.8、1.0、1.2、1.4、1.6时隧道内部变形规律。结果表明,λ从0.8增至1.6,拱顶竖向变形值减小约16%,拱底竖向变形值减小约14%,拱脚水平变形值增大3倍;在λ较低区段,注意拱顶和拱底处变形,及时安装衬砌系统,建议采取钢支撑挂网喷锚支护,对不稳定块体及时进行锚固;在λ较高区段,注意拱脚处变形,施工时要提高支护强度;在水平方向上一定范围内,由于应力状态的不同,不同沉降值出现逆向增长。     

乌鲁木齐地铁隧道互层围岩损伤演化规律模拟研究

为了研究乌鲁木齐地铁隧道穿越区强风化泥岩、砂岩所组成互层围岩的损伤演化规律,通过颗粒流软件标定已获取的强风化泥岩、砂岩所对应的微观参数,并组成不同几何特征的互层围岩进行单轴试验模拟,分析不同围岩层厚比、岩层倾角的力学特性及其中代表性3组裂纹的发展规律及能量演化。结果表明,围岩层厚比为0.2～0.6,围岩倾角为0°、20°、80°时,对互层围岩单轴抗压强度的影响较大;随着层厚比的继续增加,互层围压的单轴抗压强度的变化趋于平缓;不同的围岩层厚、岩层倾角组合试样有不同的破坏模式,对应的裂纹发展及能量演化也有较大差异。     

地下水封洞库围岩块体失稳矢量分析方法研究

基于对某地下水封洞库库区详细的地质调查和研究,运用块体理论评价围岩块体稳定性。采用块体理论分析方法之一的矢量分析法,分析出地下洞库各开挖面的可动块体,通过力学分析判别出可动块体中的关键块体,计算出其剩余下滑力和失稳形式。结果表明:此地下水封洞库稳定性较好,关键块体主要以结构面②、④单面滑动,且主要分布于洞室顶部。因此施工时应重点监测结构面②、④出露处,同时通过分析研究发现矢量法作为块体理论一种分析方法,能准确分析围岩块体稳定性,对地下水封洞库围岩稳定性评价具有一定的意义,但其在确定关键块体的具体位置,以及对于曲面洞壁块体稳定性分析均有待于进一步完善研究。     

反倾层状岩质边坡倾倒变形时空演化特征研究

为研究反倾层状岩质边坡倾倒变形时空演化特征,以硝洞槽岸坡为研究实例,首先在工程地质资料调查分析基础上对岸坡进行倾倒变形空间分区分析,然后基于地表位移监测资料分析岸坡不同区域倾倒变形随时域变化特征,最后对地表离散位移监测点采用距离反权重插值法得出岸坡倾倒变形位移演化云图,综合分析岸坡倾倒变形时空演化特征。研究结果表明:(1)岸坡前部以水平变形为主,后部以垂直变形为主,岸坡整体变形受控于前部水平变形;(2)岸坡中部条带区域变形控制着岸坡整体变形演化过程,岸坡整体变形滞后于岸坡中部变形,中部条带状变形区位移的增加会诱发后期岸坡整体位移的增加,推断该带状区为倾倒变形锁骨段。