海底隧道稳定性分析

本文采用有限元极限分析法分析了海底隧道的整体稳定性与存在局部破碎带下的整体稳定性。以某海底隧道为例,计算表明隧道整体是安全的。当存在局部破碎带时,必须做好破碎带的超前注浆堵水加固,以减少其渗水量,并对破碎带进行局部加固;计算还表明,有局部破碎带时,隧道安全度降低,破碎带越宽,堵水圈厚度越小,安全系数越小;隧道倾斜破碎带较垂直破碎带安全系数小。     

黏土不排水条件下浅埋隧道稳定性上限有限元分析

黏土地层不排水条件下浅埋隧道稳定性分析和地层破坏模式的研究对于设计、施工以及理论进展具有重要意义.基于现有极限分析上限有限元理论,采用三角形常应变率单元离散计算区域,且在所有单元之间均设置速度间断线,并将莫尔-库仑屈服准则利用外接多边形进行线性化处理,以形成线性规划模型.利用Matlab编制上限有限元计算程序.通过对黏性土地层不排水条件下浅埋隧道稳定性模型进行网格单元划分,采用上限有限元得到较优的隧道稳定性系数计算值,并与已有文献进行对比分析,验证计算结果的可靠性.同时,分析塑性流动破坏发生时,黏土地层不排水条件下浅埋隧道破坏模式的具体形态特征.对隧道稳定性系数的影响因素进行讨论,并分析参数取值不同时,地层破坏模式形态的演变规律.     

宽大断层构造破碎带内隧道施工稳定性分析

以穿越断层构造破碎带的哨房丫口隧道为工程背景,应用数值模拟方法,对枯水期、正常降雨、丰水雨季3种工况下隧道围岩位移变形规律和应力应变特征进行分析,结果表明,在3种工况下隧道开挖至断层构造破碎带约15m时隧道拱顶竖直位移和最大应力开始增加,越靠近构造带位移和应力越大,当进入构造带与围岩交界位置时,位移和应力达到最大值,远...     

特殊地质区域海底隧道长期稳定性研究

根据F4风化槽强风化花岗岩的三轴流固耦合试验以及三轴流变试验成果,建立Mohr-Coulomb模型来描述风化槽岩石的弹塑性硬化及塑性流动行为,采用Nelder-Mead最优化方法得到力学模型各参数。应用三轴流变试验建立强风化花岗岩的非线性流变模型并拟合相关流变参数,在此基础上将流固耦合流变模型编制Creep子程序嵌入到ABAQUS软件。通过现场反演证明试验所得模型与参数可以很好地描述实际的情况。根据反演的围岩力学参数,模拟海底隧道F4风化槽段(ZK8+900m)隧道结构的长期稳定性,为海底隧道的设计和运营管理提供理论依据。     

基于有限元极限分析的双孔隧道稳定性分析

为进一步探讨在考虑土体内摩擦角情况下,双孔隧道在支护反力及地面超载共同作用下的相互作用规律及稳定性分析,首先,基于有限元极限分析法,采用MATLAB平台编制了相关计算程序;此外,为减少各参数之间的交叉影响,引入无量纲分析方法;然后,将本文模型的计算结果与已有成果进行对比,验证了本文分析方法的合理性;最后,在此基础上求得各影响因素下的隧道稳定性参数(N_s),并绘制了无量纲分析图表。结果表明:(1)N_s随φ的增大逐渐增大,且当φ较大时,在N_s未达到稳定值之前,对其产生显著影响;(2)N_s随S/B的增大而增大并趋于稳定;(3)φ的存在与否对N_s随着γB/c的变化产生相反的规律,且随φ的增大,γB/c的变化对临界间距比(S/B)的值影响减弱;(4)临界间距比随H/B的增大不断增大;(5)S/B和φ是影响隧道破坏模式的关键因素。     

隧道断层破碎带围岩稳定性影响分析

针对某公路隧道断层破碎带发育情况,分析了影响隧道断层破碎带围岩稳定性因素,并基于有限元MIDAS-GTS分析软件,采用摩尔—库仑模型,对隧道进行了分步开挖数值模拟,研究了断层破碎带处位移特征及应力特征,得出了一些有意义的结论。     

断层破碎带隧道衬砌受力特性研究

为了分析断层破碎带隧道衬砌的受力特性，为断层破碎带隧道衬砌的设计与施工提供理论指导，结合兰州-临洮高速公路新七道梁隧道这一实际工程，开展了一系列研究工作，并得到了一些有益的结论。(1)对新七道梁隧道的施工过程进行了现场监控量测，并采用单因数优选法对监测到的洞周收敛变形进行了回归分析，模拟了洞周的变形规律，进行了信息反馈。(2)根据实测的收敛位移和拱项下沉量，采用平面应变边界元程序BMP90进行了位移反分析，得到了初始地应力侧压系数和围岩的等效弹性模量。(3)推导了围岩的弹性、弹塑性二次、三次应力状态及位移状态，得到了径向应力与切向应力随距洞周距离增加的变化规律。(4)用8节点等参元将分析范围离散化，同时用推导出的6节点曲边节理单元模拟复合式衬砌中间的防水层，采用二维弹塑性平面应变有限元法，用8个阶段模拟了隧道的实际开挖修建过程，分析了防水层的考虑与否对计算结果的影响。(5)选取包括断层破碎带和断层影响带在内的沿隧道纵向300m的计算区域，用8节点六面块体单元将计算区域离散化，同时用推导出的8节点三维节理单元模拟隧道衬砌的变形缝，采用三维弹塑性静力有限元法模拟分析新七道梁隧道各个施工阶段以及建成后围岩和衬砌的受力与变形状态。通过分析比较不设置变形缝、在断层破碎带中间设置一条变形缝、在断层破碎带起止处设置2条变形缝等3种工况的计算结果，可得以下几点：①断层破碎带处的坑道变形和围岩塑性区均明显比非断层破碎带处要大；②由于断层破碎带的影响，初期支护、二次衬砌内力的增加幅度约为100％～30％；③在断层破碎带施做变形缝能够明显起到释放衬砌和围岩中变形能的作用。(6)采用子空间迭代法对有限元体系进行了振型分析，得到了有限元体系的特征值、自振周期和1～5振型的自振形式。(7)对计算区域进行了三维弹塑性八度地震区地震响应分析。通过分析比较不设置变形缝、在断层破碎带中间设置1条变形缝、在断层破碎带起止处设置2条变形缝等3种工况的计算结果，可得以下几点：①在地震作用下，初期支护和二次衬砌的强度检算均为受拉控制；②在断层破碎带附近，地震响应呈明显的放大趋势；③在断层破碎带或围岩变化处，隧道衬砌宜设置变形缝，这样能够有效降低隧道衬砌的内力；④从内力的计算结果来看，在地震作用下衬砌中的内力基本上按50m的间距周期变化，所以为了达到减震的目的，变形缝的间距宜设置为50m：⑤在隧道的抗震设计规范中，规定抗震设防段只包括洞口段、浅埋段和偏压段，但是通过本文的研究可以看出，这一规定是值得商榷的，至少还应包括断层破碎带段。     

浅埋盾构隧道端头土体稳定性极限平衡分析

 盾构始发与到达时易引发端头土体失稳破坏,是盾构隧道施工中的高风险环节。针对浅埋盾构隧道,提出一种直线和对数螺旋线组合的土体滑动模式,运用极限平衡分析方法,对端头土体的稳定性进行分析,推导稳定系数计算公式,并对其影响因素进行分析。端头土体的稳定性取决于土体自身的强度、加固体的厚度和加固强度及洞门直径。端头土体自身的内摩擦角和黏聚力越大,稳定系数越大;加固体的强度越大,稳定系数越大;加固体厚度越大,端头土体稳定性越好;但随着洞门直径的增大,端头土体稳定系数逐渐降低。随后得出端头土体的加固厚度的计算方法和流程,分析其影响因素,并给出工程算例。将该方法应用于南京地铁盾构隧道端头土体稳定性分析及加固厚度计算,结果令人满意,被工程所采纳。该研究成果和方法可为同等条件下盾构隧道端头土体稳定性分析及加固设计提供借鉴。     

有限元与极限平衡结合分析边坡稳定性

利用有限元数值分析方法计算边坡应力场分布,然后基于极限平衡条分法的概念和方法,求出潜在滑面的稳定性安全系数;并同传统极限平衡方法进行比较,表明计算结果是合理的,而且该方法能克服传统极限平衡对条块之间受力情况做过多假设的不足;最后,探讨了影响安全系数精度的因素。     

穿越断层破碎带隧道合理抗震设防长度研究

 通过动力分析和振动台模型试验相结合的方法,研究穿越断层破碎带隧道在地震作用下沿纵向的动力响应特性,当隧道位于围岩与断层破碎带接触面附近时,衬砌地震内力和应力急剧增大;当隧道断面沿纵向远离断层破碎带一定距离后,衬砌地震内力和应力逐渐趋于一个稳定值。研究表明：断层与隧道轴线夹角为35°～90°时,穿越断层破碎带隧道合理抗震设防长度为隧道跨度的3.5倍,该研究成果可为隧道工程抗震设防提供参考。     

双连拱隧道施工过程弹塑性有限元数值分析

针对广东省广惠高速公路小金口双连拱隧道和四川省宜水高速公路鞋底坡双连拱隧道2个工程,应用平面应变弹塑性模型,对双连拱隧道施工过程弹塑性进行了深入的有限元数值分析和模拟,提出了在隧道不同施工工序中塑性区的分布形式,通过这些塑性区的分析,指出了在施工过程中的围岩应力危险区域、围岩支护及监控量测的重点和难点,为施工提出了警示信息。     

滑坡加固系统中沉埋桩的有限元极限分析研究

采用有限元强度折减法，针对一边坡工程实例进行沉埋桩单桩加固边坡的有限元极限分析，研究了桩长、桩位与潜在滑面、边坡的安全系数及桩身内力之间的关系，研究了边坡滑体与滑带强度之间不同的比例关系与桩长、边坡安全系数的关系。研究结果表明，沉埋桩设在合适的位置上采用较短的桩就可使边坡达到设计要求的安全系数，桩身内力也较全长桩降低，表明沉埋抗滑桩具有良好的应用前景，但是也受到边坡次生滑动面的位置、滑体与滑带强度比例以及桩位置等因素的制约。沉埋桩加固边坡设计中若不考虑这些制约因素，有可能导致工程失败。     

一种浅埋松散围岩稳定性离散化有限元分析方法探讨

 以鲁地拉水电站导流洞进出口段松散围岩稳定分析为背景,提出拟塌落拱有限元法及拟塌落拱离散化有限元法分别来模拟这一塌落机制,试图将松散介质这一塌落荷载特性与有限元法中能考虑支护结构与围岩相互作用的特点结合起来,更接近实际状态。研究结果表明：提出来的拟塌落拱离散化有限元法能够较好地模拟低地应力区浅埋松散介质地下洞室开挖的塌落机制,比较符合工程实际,对工程设计与分析有重要意义。     

土坡稳定的有限元塑性极限分析上限法研究

系统地介绍了结构塑性极限分析的原理和方法。借助有限单元法和线性规划，运用塑性极限分析的上限法可求解土坡的极限承载力和安全系数，同时分析了该法的困难所在。以一经典土坡的稳定性作为算例，讨论了屈服条件近似对精度的影响和边坡土体容重对极限荷载的影响，论证了本方法的正确性。算例表明该方法具有较高的精度。     

岩土工程极限分析有限元法及其应用

经典岩土工程极限分析方法一般采用解析方法 ,有些还要对滑动面作假设 ,不适用于非均质材料 ,尤其是强度不均的岩石工程 ,从而使极限分析法的应用受到限制。随着计算机技术的发展 ,极限分析有限元法应运而生 ,它能通过强度降低或者荷载增加直接算得岩土工程的安全系数和滑动面 ,十分贴近工程设计。本文探讨了极限分析有限元法的一些基本原理 ,包括安全系数的定义、岩土体整体失稳的判据、屈服准则的选用等 ,并将该方法应用于边坡、地基、隧道稳定性计算 ,算例表明了此法的可行性 ,拓宽了该方法的应用范围     

关于有限元边坡稳定性分析中安全系数的定义问题

在边坡稳定性分析的极限平衡法中存在3种安全系数的定义:定义1将安全系数定义为剪切强度比剪应力;定义2将安全系数定义为强度储备系数,当土体抗剪强度除以安全系数后,边坡将处于临界平衡状态;定义3将安全系数定义为沿某一特定滑面的抗滑力比滑动力。讨论了定义3与定义1之间的关系,给出了在进行有限元边坡稳定性分析时确定对应于定义3和定义2的临界滑面的统一算法,最后通过算例证明了一般情况下基于定义3所求得的安全系数和临界滑面不同于基于定义2所求得的结果,同时指出基于定义3的计算结果会表现出一些不合理的现象。     

地震隧洞稳定性分析探讨

 为得到地震作用下无衬砌隧洞的力学规律,将有限元强度折减法和具有拉和剪破坏分析功能的大型有限差分程序FLAC相结合,并将其引入到隧洞的稳定性分析中。在黄土无衬砌隧洞静力分析基础上,提出地震作用下动力有限元静态分析以及完全动力2种稳定性分析方法,在分析时同时考虑隧洞的拉破坏与剪破坏,从而得出黄土隧洞在动力情况下首先是隧洞顶部出现局部拉破坏然后是侧边整体破坏的破坏机制,同时也验证有限元强度折减法不仅能够用于隧洞静力分析而且能够用于隧洞动力稳定分析,从而为无衬砌黄土人居洞室的抗震设计提供理论依据,也可作为有衬砌黄土隧道的地震反应分析的基础。     

多种材料结构体系塑性极限分析的弹性补偿有限元法

弹性补偿有限元法是一种简单、高效的结构塑性极限分析方法,目前仅用于采用单一材料的结构体系中。在经典弹性补偿有限元法中引入承载比概念,并据此对算法进行了改进,既保留了算法通过结构广义应力场不断平均化获得下限荷载的基本优化思想,又融入了平均化过程按各种材料的广义强度成比例调整的新思想,结构破坏时每种材料同时趋于各自的广义强度,使算法适用于对采用多种材料的结构体系做塑性极限分析。经典算例的对比分析表明,改进算法的分析结果是收敛的、准确的和稳定的。对复杂钢框架结构的极限荷载和破坏模式分析也表明,改进算法可用于采用多种材料的实际工程结构的安全评价中。     

机场固定通道结构的有限元分析

以ANSYS有限元分析软件为工具,利用ANSYS提供的二次开发工具APDL进行命令流的参数化建模,对固定通道的一种结构模型进行有限元计算,得到多种载荷工况下的应力和变形,并对结构的强度和刚度进行了校核,同时在相应约束条件下对固定通道进行模态分析,计算得到固定通道的各阶固有频率,并将有限元计算结果与固定通道实际工作时的频率做比较,验证了固定通道结构的安全性。