水平层状岩体隧道爆破施工对临近隧道影响的DLSM模拟分析

在水平层状岩体中进行爆破施工,临近隧道不可避免地受到爆破振动的影响.文中通过一种新的计算模型DLSM(Distinct Lattice Spring Model),以吉怀高速大林隧道为研究背景,进行数值模拟,分析层状岩体中临近隧道的爆破振动响应.DLSM真实地再现了应力波传递、反射、折射、叠加和耗散过程;重点监测了隧道的拱顶、腰墙、墙角和底部的动力响应特征.研究发现,临近隧道靠近爆破源一侧的腰墙受到的应力波冲击最大,但是控制好爆破装药量,即可满足规范的要求.     

隧道爆破开挖产生地表震动效应的数值模拟

为了研究隧道在爆破开挖过程中产生的爆炸冲击波对地表的影响,依托辽宁省丹东市郊附近的爱民山隧道,利用ANSYS有限元软件建立三维模型,经过动力计算得到地表一些特殊点的震速波形图,采用数值模拟方法分析了隧道爆破开挖产生的地表震动效应.结果表明：隧道上方地表的最大震速为32.3 mm/s,小于规定数值,所以地面建筑物是安全的;由于纵波在固体介质中的传播速度快于横波的传播速度,X方向的震速峰值较Y方向出现滞后性,滞后约100 ms;由于空洞效应的存在,导致处于隧道已开挖区的地表震动速度大于未开挖区的地表震动速度,在距离爆源15～30 m处空洞放大效应最为明显.     

含层状节理岩体力学性质数值模拟研究

采用GDEM软件分析不同角度下平行层状节理岩体力学性质,探讨节理角度与加载方向夹角的变化对试件破坏模式的影响,采用工程常见的不同层间岩体材料建立平行层状节理模型,通过静载单轴压缩、双轴压缩和纯剪切3种加载方式,分析此类岩体模型在不同倾斜角度情况下破坏形式、加载过程应力应变关系和峰值载荷变化趋势。分析结果表明平行层次节理岩体的力学性质和峰值强度与节理倾角有直接关系,并通过模拟发现在3种加载情况下平行层次节理岩体表现出明显的弹脆性力学的特点。     

张家岩隧道水平层状泥岩段爆破优化研究

以重庆江习张家岩Ⅳ级泥岩段隧道为爆破研究对象,根据张家岩隧道实际工程的地质结构与地层岩性,基于X射线衍射试验和室内力学试验,获得泥岩的基本物理力学参数.从微差、孔间距、孔径、装药量四个方面综合分析其对爆破效果的影响,采用正交试验制定了泥岩隧道爆破模拟方案,并借助ANSYS/LS-DYNA显示动力分析程序,对隧道的爆破参数进行优化,得到了泥岩隧道的爆破优化方案,通过对比分析,筛选出最优爆破方案.最后,将最优爆破方案与现场测试结果进行对比,结果表明模拟结果和测试结果基本吻合,且优化后的爆破效果要明显好于原爆破效果.研究成果可在类似隧道提出针对性爆破参数设计建议并推广应用.     

岩体开挖爆破滚石碰撞破碎过程模拟

基于叶巴滩水电站高边坡爆破开挖的工程背景,利用动力有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,建立了爆破滚石-地面碰撞破碎模型,研究了滚石碰撞破碎形态及对后续运动的影响,比较了滚石入射速度、滚石形状和碰撞部位、坡面类型对碰撞破碎的影响,分析了滚石初始裂隙宽度和裂隙产状对碰撞破碎难易程度的影响。数值模拟结果表明：滚石的碰撞破碎使得个别块石具有更大的横向飞散距离,其破碎程度和运动影响范围主要与法向撞击速度、撞击部位和坡面类型有关;滚石初始裂隙的存在使滚石与地面碰撞后更易发生破碎,且一般沿初始裂隙发生剪切破坏。     

基于3DEC节理岩体隧道开挖与支护的数值模拟

隧道在穿过节理裂隙较发育的地质环境时,地下水与支护条件等因素会对隧道开挖后围岩的稳定性产生影响.因此,以国内某山岭高速公路隧道为背景,基于离散元理论,考虑裂隙水压力作用,分析了砂浆锚杆与混凝土衬砌等支护条件在隧道开挖后对围岩稳定性的影响,并基于3DEC软件,对裂隙岩体隧道的开挖与支护进行了数值模拟.模拟结果表明:地下水...     

盾构隧道开挖三维数值模拟方法研究

盾构隧道开挖的模拟方法是对隧道-土-结构物相互作用进行三维数值分析的重要考虑因素。对两种典型的模拟方法进行了探讨,一种是更接近真实施工过程的分步开挖法,另一种则是简化的一步通长开挖应力释放法。对比分析表明,两种方法对于地面沉降的预测结果比较接近,而对于邻近桩基础的预测结果之间的差异也不是太大。同时,一步通长开挖应力释放法能得到不同的地层损失,并且建模简单,能够较好地用于分析隧道开挖对地面建筑物及周边地下结构物的影响。     

浅埋偏压隧道开挖数值模拟及稳定性研究

浅埋偏压会对隧道围岩稳定和支护结构产生很大影响,开挖过程中极易发生垮塌。利用FLAC3D 程序对烟海高速公路解家河隧道穿越浅埋偏压洞段采用的施工过程进行仿真分析,得到解家河隧道在采用不同开挖工序时各阶段围岩及支护结构的变形和应力变化情况。结合现场监测断面的量测成果,经过数据整理和计算得到解家河隧道浅埋偏压洞段围岩及支护的受力特征,对隧道围岩稳定性进行分析判断。所得结论为解家河隧道顺利施工提供了可靠依据,可为具有类似地质、地形情况的隧道设计和施工提供技术参考。     

开挖卸荷岩体锚固等效力学参数数值模拟研究

以某水电站溢洪道开挖卸荷边坡系统锚杆锚固岩体为研究对象,考虑开挖卸荷过程的影响,对一定锚固密度的卸荷岩体其锚固等效力学参数特性进行了比较全面的研究.结果表明,对于同一种岩体,如卸荷程度不同则其锚固等效力学参数也就不同,卸荷程度高,则其锚固等效力学参数提高倍数大,反之则小,从而说明系统锚杆对软岩的加固作用比对硬岩的加固作用好.同时认为系统锚杆对边坡锚固等效力学参数的提高非常有限.     

偶应力理论的层状岩体洞室数值模拟

传统的等效连续介质理论忽略了梯度应力的影响,未能很好地解释岩体工程中出现的弯曲变形及破坏现象。而引进偶应力及弯曲曲率的Cosserat介质理论考虑了弯曲效应对介质变形特性的影响。首先对基于平面应变问题的Cosserat介质理论以及扩展模型的弹性本构方程进行介绍,再利用快速拉格朗日法FLAC软件对地下洞室工程数值模拟,并将Cosserat法与增设节理单元法进行结果对比。模拟结果不仅能较好地显示层状岩体的弯曲变形,也证明了Cosserat介质扩展模型的有效性和优越性。     

隧道开挖引起地表位移的数值模拟研究

隧道开挖扰动隧道上覆岩土层,原有的应力平衡状态发生破坏,导致地表发生移动和变形从而对周边建筑物产生影响.以某地铁隧道为例,应用ANSYS计算隧道开挖这一动态过程引起的地表沉降,分析地表沉降对周围环境尤其是建筑物的影响,并提出相应的防御解决措施,以此来减少隧道开挖对建筑物的影响.     

马蹄形隧道掏槽爆破三维数值模拟

文章利用ANSYS／LS—DYNA软件,采用三维数值计算方法,对马蹄形隧道掏槽爆破过程进行了动态模拟,得出一些有参考价值的结论。隧道岩石爆破时,应对危险区域进行监控,充分利用自由面对爆破效果的有利影响。     

动载下层状岩体力学特性试验与数值模拟

为研究冲击载荷作用下层状复合岩体的动态力学性能和破裂机制,基于煤单体和白砂岩构成层状软硬煤岩复合体,利用分离式霍普金森压杆试验装置和LS-DYNA有限元分析软件,结合Holmquist-Johnson-Cook(HJC)本构模型,开展不同速率和不同冲击方向下层状软硬煤岩复合体加载试验。结果表明：静态载荷作用下,层状煤岩复合体的强度不会随加载方向变化,动态载荷下层状煤岩复合体的峰值应力和动态增长因子DIF都随冲击速度增加呈线性增大,并且波阻抗匹配效果更好的HS复合体力学性能始终优于SH复合体(S和H分别代表煤单体和白砂岩),随着冲击速度增加这种现象逐渐减弱;层状煤岩复合体耗散能密度与入射能密度呈二次增长关系,分形维数也随着速度增加而不断增大,其中,应力波由硬入软时得到的效果优于由软入硬;层状煤岩复合体破碎程度随冲击速度增加而愈发剧烈,HS复合体破坏程度大于同条件下的SH复合体,白砂岩多呈剪切状破碎,煤单体多呈粉碎锥形破坏;层状煤岩复合体交界处与其他区域强度不一致,造成复合体破坏顺序改变,复合体整体强度规律从小到大依次为煤单体非交界面区域、煤单体交界面区域、白砂岩交界面区域、白砂岩非交界面...     

地铁隧道开挖引起地表沉降的数值模拟研究

大中型城市修建地铁是未来城市建设的一个重要方向,但是城市中环境复杂,地表沉降控制要求严格。因此,研究隧道开挖地表沉降变化规律,对沉降控制具有重要的实践意义。文章运用有限元数值模拟方法对青岛某标段地铁隧道工程进行分析,结合数值计算结果与现场实测数据,研究隧道在由断面开挖对地面沉降变化规律的影响,对比实际隧道开挖的监控数据,模拟结果表明,地表沉降仍在安全范围内,可以为类似工程沉降控制提供参考。     

基于偶应力理论的层状岩体无网格数值模拟

采用偶应力理论描述了层状岩体的特殊本构反应,应用无网格法对层状岩体进行了数值模拟。由于用移动最小二乘近似构造的形函数具有高阶连续特征,应变和曲率可直接由节点位移插值,进而可以方便地建立无网格数值计算框架。对层状岩体地下洞室进行了数值模拟,研究了基于偶应力的无网格法在层状岩体数值模拟中的应用效果,并对尺度因子的影响规律进行了分析。     

大断面公路板岩隧道开挖与支护数值模拟研究

为了研究上下台阶法和CD法等不同施工工法及不同开挖步距下对大断面板岩隧道开挖围岩受力及变形的影响规律,基于有限元基本原理对各■隧道的施工工况进行模拟分析,得到了隧道开挖过程中软弱围岩的应力场和位移场,并对隧道围岩稳定性进行了探讨.研究结果表明:采用两台阶法模拟隧道开挖过程中整个施工过程中应力最大值为3.550 MPa,洞室周边的应力影响范围为5～20 m,在隧洞跨径的1.5倍以内;采用CD法模拟隧道施工时洞周发生的位移较小,拱顶下沉和水平收敛的位移量与两台阶法施工的位移量相比分别减少了27.8%和34.0%;模拟不同开挖步距下隧道拱顶沉降和水平收敛的位移变形大致表现出二次多项式的函数关系,为隧道施工期的安全稳定及控制技术提供数据支撑及理论依据.     

偏压连拱隧道合理开挖方法的数值模拟研究

针对铜黄高速公路汤屯段大田双连拱隧道进口段埋深浅、地质条件复杂、存在偏压以及隧道结构受力复杂等特点,采用FLAC3D对隧道合理开挖方法进行了三维数值模拟研究.通过与隧道典型断面的拱顶下沉、支护结构受力、地表沉降的现场监测数据对比分析得出科学结论,能够动态地指导偏压双连拱隧道全过程施工,确保施工安全.     

爆破振动在层状岩体中的衰减特性试验研究

结合某滨海引水渠工程案例,采用现场爆破试验与爆破振动测试相结合的方法,获得了层状岩体场地条件下爆破振动沿不同路径的传播与衰减特征。结果表明:在层状岩体中,沿地层走向传播的爆破振动速度衰减最慢,垂直地层走向传播的衰减最快;对于本场地的陡倾角地层,穿越地层层理后的垂直向振动速度值小于同位置的水平切向振动速度值;另外,根据临近被保护物的振动速度控制要求和场地的各向异性振动传播特征,提出了采用分区爆破设计施工的振动控制措施,有效地保证了临近建筑物的安全和项目的整体建设工期。爆破振动危害的测试分析方法及成果可为类似工程案例的研究和施工提供借鉴与参考。     

基坑开挖卸荷对下部既有隧道影响数值模拟

基于某地铁隧道上基坑开挖工程,采用Plaxis 2D建立平面应变数值模型,分析不同开挖工序和方法对下部既有隧道变形的影响,并在此基础上进行土体参数等影响因素分析。结果表明：采用分层分区法开挖基坑能够有效控制基底土体的回弹和下卧隧道的竖向位移;土体物理参数中弹性模量E对隧道位移的影响最大,泊松比v影响比较明显,有效黏聚力c~′的影响较小;并提出双线隧道最大竖向位移与相对开挖长度的经验公式。     

临近地铁隧道的软土深基坑开挖三维数值模拟

针对地铁临近区域的工程活动对隧道产生的影响,以杭州某临近地铁隧道的软土深基坑工程为例,采用有限元方法建立了三维数值模型,分析了基坑开挖引起的土体变形及对临近地铁隧道的影响,并对不加固和坑底加固+槽壁加固2种方案进行对比分析。分析结果表明,未加固时基坑开挖引起的隧道最大水平变形为8.7mm,影响隧道正常运营与安全,需增加控制措施;坑底加固及槽壁加固能明显控制基坑开挖对地铁隧道的影响,在B基坑开挖步最为明显;地铁车站围护结构以及基底抗拔桩对车站结构变形的影响有一定抑制作用,基坑开挖引起地铁车站的变形远小于控制标准和隧道变形;在基坑支撑位置处,隧道变形较小,实际施工中要保证支撑刚度,及时架设支撑,并保证先支撑再开挖,充分利用基坑的时空效应。该研究为类似工程提供一定的借鉴与参考。