茶镇隧道施工位移监测与分析

茶镇隧道围岩软弱破碎稳定性差,变形大.为及时掌握施工过程中围岩及支护结构的变形特性,保证施工安全,对围岩及支护结构进行了拱顶下沉和周边收敛位移量测.通过对K225+266横断面量测数据的综合分析,揭示了该条隧道在Ⅴ类围岩以及特定支护情况下位移变化的规律,得到了围岩位移稳定约需2～3周的开挖时间以及4～5倍开挖洞径的距离.为合理确定隧道二次衬砌的施工时间提供了较为可靠的依据,同时通过对量测信息的及时反馈,指导了现场施工,确保了施工安全.     

公路隧道炭质板岩变形规律及蠕变特性研究

针对深部高应力下大跨度隧道围岩大变形问题,开展了大变形支护方法、围岩变形测量和围岩蠕变特性实验研究工作.首先在木寨岭隧道选择相似地质区段,提出采用恒阻大变形锚网索(Negative Poisson’s Ratio,简称NPR锚索)支护方案对隧道围岩进行支护;然后,试验段内每隔5 m设置1个监测断面,每个断面设置5个测点,对围岩变形量进行连续测量;接着,通过两种方案施作条件下围岩变形量的对比分析,判断NPR支护方法的可行性;最后,建立木寨岭隧道典型炭质板岩的Burgers蠕变模型,通过"室内蠕变实验解"和"Burgers蠕变模型解析解"的对比分析,判断蠕变模型的科学性.现场试验结果表明:木寨岭隧道采用NPR锚网索耦合支护后,围岩最大变形量有效控制在350 mm以内,无破坏现象.蠕变实验解和理论解析解显示两个结果具有较高的拟合度,进而研究了木寨岭隧道薄层炭质板岩蠕变特征与板岩层理角度及含水率的关系,得到在不同含水率条件下炭质板岩蠕变规律方程.     

高应力软岩巷道耦合支护研究

为了研究确定高应力软岩巷道二次支护时间和支护强度，以焦煤集团古汉山矿西大巷为研究对象，采用FLAC加中的指数蠕变模型，研究分析围岩应力和围岩变形速度随时间的变化规律、二次支护时间及支护强度对围岩变形的影响规律．结果表明：采用指数蠕变模型得到的围岩变形随时间的变化规律与现场观测基本吻合，一次支护后围岩应力、围岩变形速度趋于稳定的时间段基本一致，在此时间段内进行二次支护后围岩蠕变速度最小，而且二次支护强度在0．25～0．30MPa范围内可以有效地控制围岩蠕变速度，二次支护强度大于该范围，围岩的蠕变速度也不会再有明显的降低，保持了巷道稳定．     

泸定大渡河桥冰碛土剪切蠕变特性试验研究

川藏高速公路泸定大渡河桥康定岸为巨厚层冰碛土。为研究冰碛土剪切蠕变特性和桥梁重力锚长期变形,采用自动数据采集系统开展现场剪切蠕变试验。基于试验成果,分析冰碛土剪切蠕变特性、蠕变模型和重力锚长期变形。研究表明:冰碛土瞬态蠕变持续时间一般不超过0.1 h,且具有加载后延迟变形的现象;减速蠕变阶段蠕变速率呈波动性下降;稳态蠕变阶段往往表现出阶梯状增长和多段变化特征,在剪切变形时间曲线上出现跳跃现象,反映了土体骨架颗粒的变形调整作用。在冰碛土剪切蠕变试验中,当剪应力低于长期强度时蠕变变形量较小,呈蠕变速率逐步减小的收敛型蠕变特征;当接近及超过长期强度时,蠕变变形量快速增大。针对冰碛土收敛型蠕变特征,采用非线性修正的Burgers模型描述冰碛土的剪切蠕变特征。根据泸定大渡河桥重力锚应力水平对应的试验成果拟合模型,预测泸定大渡河桥重力锚长期变形为毫米量级,并采用时序InSAR技术和深部位移监测结合的方法进行初步验证,给出了利用剪切蠕变试验成果分析构造物长期变形的方法,可供设计参考。     

基于三维损伤流变理论下某调压井群围岩时效稳定性研究

拟建的某水电站调压井区域围岩岩性为石英云母片岩,勘探及室内试验发现其岩体属于片理构造发育明显的软岩,具有较典型的横观各向同性流变特征。由于区域地应力水平较高,工程施工期及运行期围岩流变现象可能显著影响岩体稳定性及衬砌结构特性。本文在全面反映区域地质构造、调压井结构形式及地应力场的基础上,建立了三维数值计算模型,同时考虑施工时序及支护衬砌措施,应用根据室内试验及现场监测资料建立的横观各向同性岩体粘弹塑性损伤本构模型,采用FLAC3D软件研究了调压井群施工期和运行期围岩稳定性及衬砌结构安全性。结果表明：施工开挖过程中围岩在流变效应的显著影响下,其变形量随时间有所增加,及时喷锚支护对围岩变形的限制作用显著,开挖完成后500d后围岩位移趋于收敛;开挖完成后围岩整体处于受压状态,施作二次衬砌有利于围岩应力场均匀化重新分布;运行期调压井衬砌变形量值增长速率随时间逐渐减小,其中2年内变形量约占长期（50年）变形量的54%,调压井围岩及衬砌结构运行1年后应力水平基本趋于稳定,运行期内调压井围岩应力水平变化幅度很小。     

乔后盐矿巷道变形收敛的观测及结果分析

叙述了对乔后盐矿井下巷道进行变形和收敛观测的结果，分析了观测数据，主要结论：自６０年代以来该矿岩盐巷道的收敛速度已明显加快，垂直方向的日平均收敛量已由６０年代初期的约０．５３ｍｍ增至现在的０．９～１．１ｍｍ，但巷道围岩目前仍处于稳定蠕变阶段；矿体周围的原岩应力场为自重应力场，原岩垂直应力大于水平应力。     

非连续岩体破裂机理及其工程稳定性研究

本研究为应用基础研究,以解决工程实际问题为目的,以围岩中客观存在的破裂区为主线,从对地下工程稳定性问题的评价入手,以相似材料模型试验和数值模拟计算为基本手段,以断裂力学为基础,研究了断续节理岩体的细观破坏机理、宏观破坏过程及其对围岩破裂区和围岩碎胀变形的影响规律;研究了断续节理岩体中围岩破裂区的性质、破裂区与地下工程稳定性的关系等问题,提出了以围岩破裂区和围岩收敛量作为判定围岩稳定性方法,为采矿工程的设计、施工和生产提供了较为可靠的决策依据.本文获得以下主要结论:1)围岩破裂区是一个综合数量指标,采用以围岩破裂区厚度作为围岩稳定性评价的指标.2)采用数字照相变形量测方法来测量围岩的变形,较好地解决了平面应变模型试验中的变形量测问题,符合非接触变形量测的发展趋势.3)断续节理岩体的破坏机制为:在集中应力作用下,节理端部岩桥首先发生张拉破坏,新生的岩桥裂纹与邻近原生节理相互串通,最终形成阶梯状滑移面而使岩体强度丧失.4)当节理两端的次生裂纹扩展长度l=h/sinβ时,节理岩体将产生贯通破坏.5)在节理岩体中,围岩破裂区是由于新生裂纹与节理相互贯通导致纵横交错的贯通裂隙所致,断续节理贯通破坏的边界可定义为围岩破裂区的边界.6)通过相似模型试验发现,当节理密度大时,围岩破裂区会跨越相邻节理;反之,节理对围岩破裂区的扩展有阻隔作用.7)围岩收敛速率的第一次突然增大,预示围岩中已产生破裂区,而围岩收敛速率的每一次突然增大,意味着围岩产生了剧烈的破坏.8)当节理角度在30°～75°之间时,节理角度对岩体强度的影响较大,并且在60°左右时岩体强度最低,稳定性也最差.9)当巷道的收敛量达到或超过2.5%时,巷道围岩中将产生破裂区;当巷道的收敛量达到或超过5%时,巷道将发生冒顶事故,已处于失稳状态;当巷道的收敛量达到或超过22.8%时,巷道将完全毁坏,并失去了人工稳定的可能.     

提供兴康特大桥反力的隧道锚蠕变试验研究

由于鲜有悬索桥隧道锚现场缩尺模型蠕变试验资料可供参考,为获取雅康高速兴康特大桥实桥隧道锚蠕变变形规律,丰富特大悬索桥隧道锚蠕变试验资料,依托兴康特大桥雅安侧岸坡隧道锚工程区特定地质条件,依据弹性力学的相似理论,开展兴康特大桥雅安侧岸坡隧道锚1∶10原位缩尺模型蠕变试验,根据模型锚和围岩体在1.0P、3.5P、7.0P荷载下的蠕变特性,分析模型锚、围岩和界面错动的蠕变全过程规律。结果表明：在1.0P、3.5P、7.0P荷载作用下,锚体最大蠕变量分别为0.62、0.97、1.58 mm,围岩最大蠕变量分别为0.49、0.85、1.38 mm,锚体与围岩错动最大蠕变量分别为0.15、0.64、1.43 mm。在现场原位缩尺试验的基础上,利用FLAC^3D有限元软件进行锚碇与围岩体相互作用的3维黏弹塑性数值分析,从现场实测值与数值分析结果的对比可知,兴康特大桥雅安侧岸坡隧道锚锚碇与围岩现场实测蠕变变形量和计算结果变形发展趋势基本一致,量值相当。雅康高速兴康特大桥在隧道锚和围岩在各级荷载作用下属于稳定型蠕变,锚碇和围压的蠕变不会影响悬索桥的长期稳定性。试验成果在为兴康特大桥隧道锚系统可靠性评价提供有力依据的同时,也为类似工程设计提供了参考。     

上官隧道围岩稳定性监测

本文通过对隧道的拱顶下沉、水平收敛等数据进行分析,确定监测数据的处理方法,得出了该隧道不同围岩岩性对隧道围岩变形的影响,确保了隧道的安全施工。采用多项式、乘幂、指数函数等分别对水平收敛量及拱顶量测数据进行回归分析,从而判断围岩的稳定性。     

基于非接触量测技术的隧道围岩变形及分析

针对膨胀岩隧道洞口施工围岩变形规律,采用全站仪非接触量测技术,依托云桂铁路(广西)那达2号隧道监控量测工程,通过现场隧道围岩变形监测与数据分析发现隧道围岩净空变化和地表沉降随着开挖时间及仰拱施做之后,隧道围岩净空变化趋于稳定,其变化量逐渐减小;而由于连续降雨,致使膨胀土强度降低,地表产生较大裂缝,致使地表下沉量增大,局部区域出现了滑坡。依据所监测和分析的结果,针对膨胀岩的工程力学特性,制定了锚杆注浆与微型抗滑桩相结合的加固治理措施,从而保证了该隧道安全施工。     

Rock creep modeling based on discontinuous deformation analysis

Creep is one of the major problems of deep underground mining that must be studied theoretically, experimentally, and numerically over a long period. Experiments and field tests are methods which can directly and more accurately describe the engineering practices as compared with others. However, these approaches are also time-consuming because creep problem of rock engineering, such as the roadway/tunnel squeezing phenomenon, usually lasts from several months to a few years. A numerical method can be employed to overcome this time-consuming problem. The discontinuous deformation analysis (DDA) method was originated in 1984 and received considerable attention from geo-engineers and researchers. The current paper discusses the creep calculation methods using the continuous and the discontinuous methods, and proposes a creep analysis method based on DDA. The method proposed in this paper can directly change the stiffness matrix while inheriting the advantages of the original DDA. Applying this method does not require any changes in the contact part of DDA. Thus, this method does not have any effect on the open–close iteration and convergence and can solve the creep problem, while maintaining the advantages of the original DDA. We theorized that creep problems are static problems, and based on this, the work using DDA in this study was divided into two parts: (1) addition of a new loop for the original DDA to “discredited” the total creep time into several time elements, thereby changing the material properties in each time element; and (2) division of each of the time elements by the time steps, similar to the original DDA. In this manner, one creep problem can be solved via assembling of static problems. Afterwards, the method mentioned above is employed to modeling a tunnel case. The evolution of the displacement filed and stress field during creep are analyzed and discussed.     

岩石试件蠕变过程中的反馈特性研究

目的为了更明确地研究岩石试件蠕变过程中反馈特性与稳定性的对应关系．方法采用系统分析的方法，建立了岩石非线性蠕变模型，对岩石试件的蠕变过程和反馈特性进行了描述和分析，讨论了蠕变过程中模型参数及其反馈特性和模型的稳定性．结果在蠕变过程中，第1阶段蠕变为负反馈，对应的系统状态是稳定的；第Ⅱ、Ⅲ阶段蠕变为正反馈，对应的系统状态是非稳定的，在外界扰动下会导致失稳．结论利用岩石在第Ⅲ阶段蠕变的正反馈对应加速蠕变特性，可为预测、预报系统的失稳现象提供理论依据．     

岩石裂隙的法向蠕变及渗流的影响

法向蠕变是岩石裂隙的重要力学性质之一．通过分析岩石裂隙法向蠕变机理、进行干燥及渗流情况下岩石裂隙法向蠕变试验,探讨了岩石裂隙的法向蠕变及渗流的影响．研究表明,对于粗糙岩石裂隙来说,瞬时有效应力总等于裂隙凸起的压缩强度,因而初始法向蠕变明显,而后随接触面增加,蠕变速率逐渐降低;渗流过程中,岩石裂隙法向蠕变更加明显,且初次加栽应力水平下岩石裂隙法向蠕变远大于后续加载应力水平;岩石裂隙法向蠕变不能决定岩石裂隙渗流能力的降低,水力冲蚀作用明显时,可能产生裂隙渗流能力随裂隙法向压缩而增大的情况;岩石裂隙的蠕变闭合与岩石裂隙面粗糙度有关,粗糙度越大,岩石裂隙蠕变闭合量越大．研究结果对岩石裂隙法向蠕变的数值模拟及工程实践有一定参考价值．     

坝区岩体蠕变参数反演与边坡开挖流变计算分析

软弱岩体是影响边坡安全稳定的重要因素,为有效反映大岗山坝区辉绿岩脉和断层破碎带等软弱岩体的蠕变变形特性,根据大岗山坝区现场压缩蠕变试验资料和推导的基于广义开尔文模型的刚性承压板边缘岩体的粘弹性变形计算公式,采用优化反演法计算得到坝区软弱岩体的蠕变力学参数,建立了大岗山水电站坝区边坡开挖卸荷的三维流变计算分析模型,使用FLAC3D软件详细分析了边坡分步开挖过程中坝肩坝基岩体的变形特性和软弱岩体的蠕变力学效应,获得了对工程设计和施工具有指导意义的建议和结论.     

考虑渗压的二长花岗岩流变损伤本构模型研究

基于二长花岗岩的流变试验结果,采用Cross-plotting方法确定了有效应力系数,在广义Bingham模型的基础上建立了考虑渗透压力损伤的流变损伤本构模型,对新的流变损伤模型进行参数辨识,得到了流变损伤模型的参数。推导了模型的流变本构方程,并用该模型拟合了岩石流变试验的数据,拟合结果表明:该模型不仅可以很好地描述衰减流变和稳态流变过程,亦可描述岩石的加速流变阶段,从而证明该模型的可行性和合理性。     

改进的广义Kelvin岩石蠕变模型研究

为了克服传统元件组合模型难以描述岩石蠕变过程中非线性特征的缺陷,提出一种新的时间触发非线性黏性元件,并将其与广义Kelvin模型串联,再将岩石蠕变过程中岩石弹性模量的衰减方程引入到广义Kelvin模型中,得到了一个可以模拟岩石蠕变全过程的非线性蠕变模型,推导了不同恒定荷载情况下的一维和三维蠕变方程。根据通用全局优化算法,利用前人所研究的岩石蠕变实验曲线对非线性蠕变模型进行参数确定和模型验证。模型理论计算值和岩石蠕变实验曲线的对比表明该蠕变模型具有较高的正确性和合理性,能较好地模拟岩石在不同应力水平下的蠕变变形,可为今后开展类似研究提供一定的参考价值。     

管片衬砌配合碎石可压缩层与锚杆的支护型式研究

针对深埋地层中修建盾构隧道,特别是围岩表现蠕变特性,研究一种管片衬砌配合压缩层与锚杆的联合支护技术.采用有限差分与离散元的耦合计算方法,进行了管片衬砌壁后注浆、管片衬砌壁后填充碎石可压缩层、管片衬砌配合碎石可压缩层和高强预应力锚杆的支护效果对比研究.从围岩塑性区发展、沉降随时间变化、管片衬砌弯矩和轴力分析了联合支护效果.从碎石可压缩层的压缩变形路径、锚固围岩的位移矢量等角度揭示了联合支护的细观作用机理.研究结果表明:仅采取管片衬砌配合碎石可压缩层的让压支护手段无法维持管片衬砌的长期稳定;联合支护结构型式既可以提高围岩自身承载能力,也能够有效吸收围岩的蠕变变形.联合支护的作用机理由两部分构成:碎石可压缩层的让压作用与高强预应力锚杆加固围岩作用.其中,碎石可压缩层的让压机理主要通过颗粒间相互嵌挤和错动移位作用调减管片衬砌壁后接触力;高强预应力锚杆的加固机理是由锚杆形成的锚固区控制了蠕变变形的过大发展.研究结果对未来盾构工法修建深部高地应力、强蠕变隧道的支护型式设计具有一定参考价值.     

坝区岩体的剪切蠕变经验方程及参数数值反演

岩体的剪切蠕变特性是影响坝区边坡岩体变形与长期稳定性的重要因素之一。利用现场剪切蠕变试验数据回归拟合得到了坝区“硬、脆、碎”辉绿岩脉的剪切蠕变经验方程,并由最小二乘法得到了剪切蠕变经验方程的拟合参数;提出了可以真实模拟现场剪切蠕变试验过程以及岩体实际地层分布情况的蠕变参数数值反演分析方法。通过对比分析可知,回归拟合变形值及数值反演计算变形值均与试验变形值比较接近,最大误差均未超过8％,表明剪切蠕变经验方程能有效反映坝区岩体的剪切蠕变变形特性,且建立的剪切蠕变数值模型也是合理可靠的,这为深入认识和了解坝区辉绿岩脉在不同应力水平下的剪切蠕变力学特性提供了重要的试验和理论依据,也为坝基边坡工程稳定性分析和设计提供了技术参数保证。     

蠕变参数劣化的时效性及变参数蠕变模型

为研究深部岩石在复杂条件下的蠕变特性,采用MTS812.02试验机对岩石进行三轴蠕变试验.在分析蠕变曲线特征的基础上,结合岩石流变力学和损伤理论,将黏弹塑性损伤元件引入蠕变模型,提出确定蠕变参数的方法,实现对岩石蠕变曲线全过程的描述.结果表明:黏弹塑性损伤元件为描述岩石蠕变曲线全过程提供了一个新思路;改进的模型可考虑过...     

软岩非定常蠕变参数辨识

岩石的流变特性是年岩石重要的力学特性之一,它控制着岩石的蠕变参数.某矿区岩石具有显著流变性,因此,矿区岩石蠕变规律研究成为一项重要的基础工作.为此,对矿区软弱复杂矿岩蠕变特性进行了试验研究.采用多级循环单轴压缩进行试验,在对试验数据深入分析时,考虑了加载历史对岩石试件变形的影响,真实地反映了岩石试件本身的流变力学行为.选取Burgers模型来反映岩石的蠕变特性,建立了一维情况下非定常粘弹性模型的蠕变方程,结果表明非定常粘弹性模型比定常粘弹性模型更为准确地反映了岩石的粘弹性变形性能.