含V型相交裂隙岩体的力学特性及破坏模式试验

为深入了解V型相交裂隙岩体试件的力学特性和裂纹演化规律,采用MTS815电液伺服控制试验机对含不同夹角V型相交裂隙岩体试件进行了常规单轴压缩试验,基于试验结果,详细分析了试件的应力-应变曲线、强度与变形特性、裂纹演化与破坏模式及能量耗散特征。研究结果表明:①裂隙试件的应力-应变曲线进入裂纹萌生与扩展阶段早于完整试件,在峰前出现了明显的应力降现象,在峰后破坏阶段,完整试件表现为应力-应变曲线的快速跌落,而裂隙试件呈现台阶状多阶段性跌落,甚至缓慢水平下降,体现出明显的延性破坏特征;②裂隙试件的峰值应力、弹性模量和峰值应变均有明显减小。峰值强度和弹性模量随裂隙夹角的增加呈先增大后减小的变化趋势。轴向峰值应变主要受裂隙夹角的影响,总体随夹角的增大呈线性减小的趋势;③裂隙的存在能够完全改变岩体试件的破坏模式,随着裂隙夹角的逐渐增加,裂隙试件破坏模式的演化过程为:台阶式张拉-剪切复合破坏(30°)→张拉-八字形剪切复合破坏(60°)→台阶式平行双斜面剪切破坏(90°)。当裂隙夹角为60°时,试件的裂纹演化和破坏模式体现出对加载方向近似的结构对称性特征;④相交裂隙试件单轴压缩破坏的弹性应变能、耗散能、总能量和能量耗散率均较完整试件有大幅度的减小。裂隙试件产生的裂纹数量越多,试件表面的脱落现象越明显,耗散能和能量耗散率也越大。拉-剪复合破坏比单纯剪切破坏要消耗更多的能量。试件的破坏特征和破坏模式能很好地反映试件的能量耗散特性。     

强度准则与岩爆判据统一的研究

可释放应变能释放是材料屈服破坏及岩爆发生的内在机制,基于此,研究强度准则与岩爆判据采用统一表达式的可能性。首先,将可释放应变能(U~r)看作由弹性应变能(U~(re))与未知可释放应变能(U~(rx))两部分构成,提出U~(re)由与J_2有关的偏量弹性应变能(U~(reJ_2))及与I_2有关的张量弹性应变能(U~(reI_2))两部分组成,并分析了U~(rx),U~(reJ_2),U~(reI_2)对屈服破坏及岩爆的影响;其次,探讨了U~(re)与J_2,I_2及泊松比u的内在关系,提出一个能表示U~(re)的新应力不变量;最后,从能量转化的角度,分析了现有强度准则与岩爆判据存在的不足之处,并以现有强度准则为基础,建立了将强度准则与岩爆判据统一表示的广义强度准则。对真三轴试验数据及岩爆实例的计算,表明广义强度准则计算结果与实际情况吻合得较好,并分析了产生上述结果的内在机制。     

高频次微小地震下顺倾软硬互层边坡动力稳定性研究

三峡库区(TGR)自蓄水以来微震活动加剧、强度增大,频发微震会对库区边坡产生一定影响。采用振动台模型试验和UDEC数值模拟方法,对库区顺倾软硬互层边坡在不断微、小地震作用下的破坏失稳演化过程及动力稳定性进行了研究。研究成果如下:在不断地震作用后,边坡自振频率下降、阻尼比上升,自振频率下降的速度随加载次数和加载幅值的增加而增大;在不同加载阶段,边坡坡面PGA放大系数不断降低,动力响应呈现减弱趋势;弱层成为顺倾软硬互层边坡变形破坏的优势区域;边坡的破坏失稳演化过程为分段式的滑移破坏过程,上部软、硬层滑落后,剩余滑体沿着由上部弱层剪切裂缝、中部硬层次级节理拉裂缝和下部弱层剪切裂缝贯通形成的滑移面滑移破坏;UDEC数值模拟表明顺倾软硬互层边坡的累积永久位移随微震作用次数的增加而增加,稳定性系数则呈现递减趋势。研究成果对库区滑坡形成机制的认识和减灾、防灾有一定的价值。     

复杂接触条件下超长距离混凝土顶管–围岩摩擦特性及现场卡管处置验证研究

为揭示超长距离岩石顶管法施工中卡管的形成原因,采用大型岩石直剪试验研究7类复杂接触条件下砂岩与混凝土管间的剪切摩擦特性。研究结果表明:仅考虑膨润土泥浆的接触条件的平均摩擦因数(AFC)获得全部试验结果的最优值,后期接触面的AFC可高出初始值50%～70%,其中以管外原位岩屑,膨润土泥浆与含砂废弃泥浆三者组合的AFC达到最大值。然后由试验成果及改进的经验公式对现场卡管的顶力进行预测,经与现场监测对比取得了较吻合的结果,最后依据顶力传递损耗规律提出一种临时中继间法成功将卡管问题解决,因此现场中降低管–岩接触摩阻力应首先控制管外的沉渣,避免在管外形成导致管壁摩阻力增大且减小膨润土浆液有效注射量的高黏度混合物,其次还需保证管外需有充足的注浆量。     

考虑s2作用的加筋土挡墙筋材设计计算

通常加筋土挡墙筋材拉力和锚固区长度的设计计算是基于莫尔–库仑准则得到的，没有考虑中主应力s2的影响，而双剪强度理论克服了莫尔–库仑准则的不足，并利用双剪强度理论的j t，ct参数替代莫尔–库仑抗剪强度指标。基于双剪强度理论(m = 1)计算分析了挡墙筋材拉力大小及其锚固区长度，并将该结果与基于莫尔–库仑准则计算的结果进行了对比，结果表明墙高较小时两者结果基本一致，而墙高较大时，双剪强度理论计算结果大于莫尔–库仑准则计算的结果。     

地下空间利用及其发展方向的探讨

21世纪我国迎来了地下空间的大发展，针对我国目前地下空间的利用状况．提出了我国急需建立地下空间的开发和利用制度，以及地下空间开发的可持续性，并提出我国地下空间开发和利用的方向。     

单洞四车道公路隧道开挖的模型试验

通过对某单洞4车道公路隧道在2种不同围岩条件下3种开挖方案的相似模型实验研究，得到了4车道公路隧道在相似模拟开挖中的位移规律和隧道围岩最终位移，并对依托工程隧道施工进行了指导。     

隧道塌方区加固后的施工监测与仿真分析

常德-张家界高速公路关口垭隧道右洞YK73＋925～YK73＋955段在施工过程中出现塌方，分析塌方原因后，结合工程具体情况，采用超前小导管预注浆辅以工字钢拱架处理塌方区，在处理段增设2个监测断面，并利用有限元法进行数值模拟分析，现场监控量测和有限元计算得到隧道收敛位移和拱顶下沉规律基本一致，且小于规范允许值，表明超前小导管预注浆方法处理塌方区效果良好。     

内撑式地连墙变形特征及其参数优化研究

随着国内深基坑工程的不断发展,越来越多的基坑支护形式被提出并得到了广泛的实践,为了保证基坑工程的安全,限制基坑变形与保护周边环境,选用适当的支护形式与支护参数显得尤为重要。本文依托广州新白云国际机场第二高速公路北段暗埋隧道深基坑工程,采用有限差分软件FLAC^3D建立数值模型,取地连墙厚度、地连墙入土深度、横向支撑布置形式3个变量,探讨了不同支护参数取值对内撑式地连墙支护结构中地连墙侧向位移和支撑轴力分布的影响,提出合理的支护参数取值建议与优化效果。结果表明,基坑存在明显的坑角约束作用,限制坑角地连墙侧移与支撑轴力;地连墙整体侧移在地连墙厚度0.6~0.8 m时明显较大,且由于刚度不足出现反弯点;地连墙底部嵌固作用可有效限制侧移量,地连墙侧移随开挖深度变化曲线呈现“中间大,两头小”的抛物线形状;将支撑整体下移2 m,可有效减小墙体最大侧移,改善支护效果。     

深埋隧道排水系统非对称堵塞后渗流场的解析研究

基于目前未见对隧道排水系统非对称堵塞渗流场进行解析研究,通过对研究区域进行简化假设,求解代表渗流场的Laplace方程。对研究区域内未知边界条件,采用PDE工具进行数值解后,得到近似的非齐次边界条件。基于此,再运用复平面内的保角变换、坐标变换、微分方程定解问题的分解等方法,将边界条件齐次化,在Hilbert空间中将最后唯一的非齐次边界条件表达为正交函数族的级数和,从而得到了此情况下的隧道周边渗流场解析级数,其后考查了级数项的多少对计算结果的影响。研究结果表明:(1)隧道排水系统非对称堵塞后渗流场可以表达为解析后级数,可简化将来针对这一情况下渗流场的求解难度;(2)隧道排水系统非对称堵塞后渗流场大致呈漏斗状,但在堵塞侧水头较高;(3)求和项数对计算精度的影响至多到100项,多数情况下只需50项;(4)考查了隧道可能受到的水压力分布和渗流量,分别与相同条件下的数值模拟结果进行对比,两者相差仅4.28%和4.05%。