软弱围岩隧道开挖的有限元模拟

采用非线性有限元数值模拟的方法，对软弱围岩隧道施工进行了数值分析．利用大型通用软件ANSYS提供的单元生死功能和隐式蠕变方程，就隧道上下台阶法施工作业方式进行了二维弹一粘塑性分析，并进行模拟，所揭示的规律能为工程施工提供依据和指导．     

岩石流变的一种非线性黏弹塑性流变模型研究

将黏滞系数视为非定常量,建立黏滞系数的非线性函数关系,提出一种能描述岩石蠕变全过程的非线性流变力学模型,且在一定条件下模型可蜕变为Burgers模型或西原正夫模型。推导了岩石在常应力和常应变条件下的流变方程;研究了岩石的非线性蠕变特性和松弛特性。对不同应力条件下的岩石蠕变试验结果进行拟合,并将本文的非线性岩石流变力学模型与试验结果进行比较。结果表明,试验曲线与理论曲线较吻合,从而证明了本模型的正确性与合理性。     

隧道施工中围岩应力和变形探讨

运用FLAC3D建立了某一隧道三维地质模型并进行了分析。隧道开挖后,围岩应力进行了重新分布,拱顶、拱底、两侧边墙出现了应力集中现象,拱顶、拱底竖向位移较大;粘聚力c的大小对塑性区的范围影响很大,而泊松比μ和内摩擦角φ对塑性区范围的影响较小。研究能有效地对隧道开挖过程中围岩的应力、位移、塑性区进行预测,以降低隧道施工风险,确保施工安全。     

深部软岩巷道合理喷层厚度确定

为分析深部软岩巷道锚喷支护合理喷层厚度,以淮南矿区具有典型特征某深部采区软岩巷道为例,采用FLAC3D软件,建立了合理应变软化数值计算模型,基于数值模拟方法分析不同喷层厚度围岩塑性范围及位移场分布,在此基础上进一步分析不同巷道埋深喷层厚度对围岩松动破碎影响。结果表明:深部巷道喷层对围岩塑性圈范围及松动破碎都有显著控制作用。针对淮南矿区典型深部巷道,合理喷层厚度应为200 mm。     

软化岩体中巷道围岩塑性区分析

本文以岩体的全应力－应变曲线为基础，建立了反映岩体出现塑性破坏后强度降低特点的力学模型，得到了巷道围岩塑性区半径和应力的明确解答。通过与现有其它力学模型的比较证明，本文提出的巷道围岩塑性区半径计算公式更为合理可靠，有更广泛的适用性。     

锦屏二级引水隧道软化围岩法防治岩爆效果的数值试验与应用

锦屏二级水电站引水隧洞穿越锦屏山主峰山体,隧洞由于埋深大、高地应力,洞室开挖极易引起岩爆,因此探讨如何有效防治岩爆危害,确保施工安全是当务之急.以该T程为背景,通过数值模拟试验,分析了隧道钻爆法施工中采取喷水软化围岩措施对减弱岩爆或防治岩爆的效果.数值分析表明:围岩喷水软化后,隧道洞周主压应力峰值明显减小,主拉应力值也...     

软土基坑引起下卧隧道隆起的非线性流变

软土地区深基坑开挖改变了周边土体的初始应力,引起周边土体的位移,对周边构筑物造成不均匀沉降、混凝土开裂等不利的影响,并且可能危及临近地铁隧道的安全.对基坑开挖引起的下卧隧道的隆起变形进行了研究并提出了实用的预测方法.基坑开挖土体卸载引起的土体变形采用了Boussinesq应力解进行求解,隧道反力引起的土体变形采用了弹性半空间Mindlin应力解进行分析.隧道本身变形采用了弹性的地下连续梁进行分析,并且考虑隧道与土体的相互作用.通过引入软土的非线性流变模型,考虑了软土变形的时间效应,因此可以对复杂开挖过程进行模拟分析.还对基坑开挖对隧道隆起的效应进行了讨论,通过上海市某重点工程实例的隧道隆起量的预测结果与实测值对比分析,隧道隆起的监测结果证实了该方法的有效性.     

考虑软化效应的隧道围岩自稳时间解析模型

现行隧道自稳时间解析法中未考虑地下水的软化作用,导致过高估计亲水软化性岩石的围岩质量。以具有典型软化特性的石膏岩为研究对象,探索水的软化作用对隧道围岩自稳时间的影响。采用试验和理论相结合的方法研究围岩自稳时间。首先,进行不同浸水时间下的石膏岩软化试验,研究其软化规律;通过试验获得石膏岩吸水率、弹性模量和泊松比分别与浸水时间之间的定量关系;在弹性模量与浸水时间及泊松比与浸水时间的定量关系中,引入完整性系数和富水系数,建立岩体力学参数软化方程。然后,基于经典的圆形轴对称隧道弹性解,考虑掌子面对隧道轴向位移的影响,推导出隧道临空面处无支护状态下的位移公式;把岩体力学参数软化方程嵌入此位移公式中,获得考虑软化效应的临空面位移解。最后,在此位移解中引入活跃跨度和围岩的临界位移值,建立考虑软化效应的隧道围岩自稳时间解析模型。该模型考虑了围岩体工程特性、岩石力学特性及岩石软化特性,能输出自稳时间与活跃跨度之间的关系曲线。经自洽分析法检验,该模型中自稳时间随各参数的变化规律与实际情况相符,模型具有自洽性。模型被应用于评价礼让隧道石膏围岩的自稳时间,现场反馈结果表明该模型更适合于现场应用。     

深圳地铁浅埋暗挖隧道地层变形分析

地铁隧道施工扰动地层，必然造成相应的地层变形，并且在不同条件下变形量表现出较大的差异．通过对深圳地铁Ⅰ期工程3A标国老区间隧道砂质地层深部位移的现场实测和分析，得出了深圳富水软弱含砂地层中浅埋暗挖法施工地层运动的基本规律．该类地层具有变形量大的显特点，并且地表沉陷具有突发性，地层损失率高达9．2％，远大于普通地层．结合地质及工程条件对地层大变形机理及其主要影响因素进行了分析．在此基础上提出了控制地层大变形的技术措施，在Ⅰ期工程的后期施工中得到充分利用且取得较好的指导施工效果．     

岩石节理面剪切流变的试验研究

通过对龙滩水电站岩石节理样本进行快剪和剪切流变试验的比较研究，分析了节理面流变对剪切强度的影响及剪切蠕变机理，确定了节理面的长期抗剪强度，并从岩石理论模型出发，对试验数据进行了回归分析，建立了不同正应力作用下的剪切蠕变经验公式，以便于了解岩石材料在给定条件下的蠕变特性。     

Techniques for in-situ stress measurement at great depth

Reliable information of in-situ stress state is necessary for the design and construction of most important rock projects. As most rock projects are getting deeper and deeper, traditional techniques of in-situ stress measurement are not very suitable. The current techniques of in-situ stress measurement and their insufficiency for use at great depth are analyzed. Some basic ideas of the de-velopment of new techniques and the improvement of current techniques for use at great depth are provided.     

深井巷道围岩应力场、应变场和温度场耦合作用研究

建立了耦合条件下岩体的应力-应变关系,推导出不同变温范围条件下巷道围岩的应力和应变.实例计算表明巷道围岩在耦合情况下比非耦合情况下的切向应力、周边位移、破碎区和塑性区半径都有较大的增加,并提出了提高耦合条件下改善巷道围岩体稳定性的措施.     

黄土地铁三连拱隧道中隔墙受力体系转换研究

选择西安地铁二号线草场坡-小寨区间三连拱隧道,借助有限元软件Ansys11.0模拟其施工过程,同时结合现场监测数据,对黄土地铁三连拱隧道中隔墙的受力变化及分布进行研究.分析结果表明:中隔墙受力大小变化突出的阶段主要集中在侧洞开挖到侧洞二衬施工之间;受力分布变化主要集中在侧洞上台阶开挖,侧洞仰拱二衬施工,中洞开挖和中洞二衬施工四个阶段.施工过程中,中隔墙的受力变化相对稳定,受力也控制在相时安全的范围内,认为双洞法+台阶法施工可以在黄土地铁连拱隧道的施工中推广使用.     

公路隧道围岩动态分级方法研究

由于地质条件的复杂多变以及勘察方法和技术缺陷等原因,导致在勘察设计阶段的公路隧道围岩分级与实际施工阶段的围岩分级差异很大,应该寻求动态的对公路隧道围岩分级进行描述的定量评价方法,以确保隧道围岩和支护结构体系在施工和运行过程中的稳定性。通过对走马岭隧道现场进行详细地质调查,采用多变量分析法对走马岭隧道围岩进行了动态分级。结果表明,隧道施工阶段围岩分级结果与原来勘查设计部门的结果有较大出入;隧道施工阶段围岩分级结果更加真实,正确反映了围岩的稳定性。     

深井巷道围岩应力场、应变场和温度场耦合作用研究

建立了耦合条件下岩体的应力-应变关系,推导出不同变温范围条件下巷道围岩的应力和应变.实例计算表明:巷道围岩在耦合情况下比非耦合情况下的切向应力、周边位移、破碎区和塑性区半径都有较大的增加,并提出了提高耦合条件下改善巷道围岩体稳定性的措施.     

软岩隧道变形监测与分析

结合兰渝铁路的工程实例,对桃树坪隧道使用CRD法和CD法与双侧壁导坑法相结合的两种不同开挖方法下断面的围岩变形进行监测,研究其稳定性,并对围岩的变形曲线进行回归分析,为开挖方法的优化和施工提供指导.     

软弱破碎围岩深埋隧道拱顶渐进性塌方机理及控制

隧道拱顶塌方事故是近年来隧道施工中造成重大人员伤亡的主要事故类型,危害极大,因此必须掌握隧道拱顶塌方发生机理和演化规律、制定科学有效的控制对策,为塌方事故的防治提供依据。基于上限变分法,建立深埋地层中隧道拱顶塌方模型,研究隧道拱顶塌方范围及其影响因素,进一步建立软弱破碎围岩隧道拱顶渐进性塌方模型,推导渐进性塌方范围全过程曲线,并与模型试验结果进行对比。据此提出了拱顶塌方事故的安全性控制措施,揭示预控制、过程控制两类措施下拱顶塌方安全性控制机理和承载特性,提出支护措施的围岩荷载确定方法。结果表明：隧道塌方宽度L随着初始粘聚力c0和单轴抗拉强度σt的增大而增大,随着重度γ和非线性系数m的增大而减小;隧道塌方高度h1随着抗拉强度σt和非线性系数m的增大而增大,随着初始粘聚力c0和围岩重度γ的增大而减小;基于渐进性塌方过程中围岩物理力学参数逐渐减弱的特性,建立了考虑围岩粘聚力和抗拉强度衰减的隧道拱顶渐进性塌方模型;根据控制机理和目标,将拱顶塌方控制措施分为预控制措施和过程控制措施;围岩的形变荷载和总荷载随着塌方荷载的增大而增大。相关研究成果将为隧道拱顶塌方的预测及安全性控制提供借鉴。