含空洞砂卵石地层盾构隧道引起地面沉降研究

砂卵石地层普遍存在地下空洞,在该区域进行盾构隧道施工容易扰动砂卵石地层,若含有空洞则可能会引发空洞塌陷破坏,造成较大的地面沉降。基于离散元软件Yade,建立含空洞砂卵石地层单线盾构隧道施工模型,研究单空洞位置、单空洞直径、多空洞的组合形式对地面沉降的影响,得到空洞对盾构隧道施工引起的地面沉降的影响规律。研究结果表明,含空洞地层中,当空洞位于隧道正上方引起的地面沉降最大,而空洞位于隧道正侧方引起的地面沉降最小;无论空洞处于哪种位置,空洞直径越大,引起的地面沉降越大;空洞位于隧道正上方或者正侧方时,地面沉降值与空洞直径呈现近似二次函数关系,空洞在隧道斜上方时,在某些区间内地面沉降值与空洞直径呈现线性关系;空洞数量越多,引起的地面沉降越大。两空洞工况下,空洞分别位于隧道正上方与斜上方时引起的地面沉降最大。三空洞工况下,空洞分别位于正上方、正侧方、正侧方时引起的地面沉降最大。     

浅埋隧道施工扰动下含空洞土岩复合地层变形规律研究

隧道施工具有隐蔽性、不确定性等特点,而空洞作为常见的不良地质现象在隧道施工过程中极易引起地层发生大变形、坍塌等现象.针对浅埋地铁隧道施工扰动下含空洞土岩复合地层的变形规律进行分析,研究结果表明:空洞的存在改变了地层变形分布规律,地表及土岩分界面沉降曲线分布形状及变化规律与空洞所处位置息息相关;隧道施工过程中地表沉降曲线...     

非静水压巷道塑性区半径的复变函数实用解答与应用扩展

针对非静水压力作用下圆形巷道的非圆塑性区边界线求解,首先通过类比提出围岩弹性区应力的简洁复变函数,基于理想弹-塑性模型和Mohr-Coulomb准则并利用围岩弹塑性交界线处的应力连续条件,建立了巷道塑性区半径的复变函数实用解答,其次采用弹-脆-塑性模型和统一强度理论以考虑围岩强度的峰后脆性下降与中间主应力效应,推导了巷道塑性区半径的复变函数扩展解答,最后给出所得解答的适用条件,并与文献理论解答和实测结果进行对比。研究结果表明:所得复变函数实用解答具有显式解析表达和易于计算分析等优点,其正确性与精度得到文献摄动解和高精度复变函数解的充分性验证;所得扩展解答保留了原实用解答的所有优点,能合理描述围岩强度的峰后脆性下降与中间主应力效应而工程应用前景广阔,与深埋巷道实测松动圈吻合良好。     

四边简支加肋板稳定问题的复变函数法

从变分原理出发,利用复变函数方法首次得到四边简支正交各向异性加肋板稳定问题特征值方程的精确形式,同时考虑了肋的扭转效应.该解答对理论分析和工程设计均有一定的参考价值.     

考虑初始地应力的海底斜坡稳定性分析

基于大型有限元非线性软件ABAQUS,运用有限元强度折减法,将初始地应力的平衡应用到海底斜坡模型的稳定性评价中.选取均质海底斜坡及折线型海底斜坡两种模型进行分析,计算出斜坡的稳定安全系数,并给出了失稳时的塑性区等信息.验证了初始地应力的平衡运用到海底斜坡模型中的可行性;且平衡地应力对斜坡模型的塑性区及稳定安全系数均有一定影响.将初始地应力的平衡运用到海底斜坡的稳定性评价中,为海底斜坡的进一步探索提供了参考.     

有空洞地基破坏过程的试验和数值模拟

首先对该地基的破坏过程进行了室内模型试验,用数码照相记录下了地基的渐进破坏,然后运用所建立的各向异性损伤数值模型,对位移和载荷控制条件下该地基的渐进破坏过程进行了数值模拟试验,重点分析了地基的破坏模式和应力应变关系,并与不考虑拉伸损伤的理想弹塑性模型的计算结果进行了对比。研究发现：有空洞粘土地基首先发生竖向拉伸破坏,然后沿对角连线发生剪切塑性屈服并不断向连线中间扩展,最后在对角连线中间发生拉伸破坏,导致地基发生失稳。数值结果与模型试验结果基本一致,从而为进一步揭示复杂条件下有空洞粘土地基的渐进破坏全过程提供了一种新的数值模拟研究手段。     

空洞对盾构隧道结构受力与破坏影响模型试验研究

通过将渐进性破坏理论应用到盾构隧道管片衬砌结构病害(尤其是管片开裂)产生的破坏分析中,采用相似模型试验方法,通过超载的形式从管片衬砌结构内力及位移、声发射信息、管片破坏过程方面,分析地层空洞缺陷对盾构隧道管片从材料细观损伤到结构宏观局部破坏再到结构整体失稳的整个渐进性破坏失稳过程的影响。试验结果表明:空洞缺陷的存在对衬砌结构的极限承载能力及破坏模式具有显著影响,首先是会降低管片失稳临界点对应荷载值,临界点对应的最大位移值与隧道半径比值减小,其次降低管片结构开始出现宏观裂缝时的荷载值;对于空洞的分布位置,拱肩位置空洞的存在更容易导致结构的失稳,其次拱腰和拱顶;空洞的存在也会改变衬砌结构失稳起始位置的分布,导致失稳起始位置接近或直接位于空洞位置。     

含空洞地层中双线盾构施工引起的土体位移研究

浅地层存在空洞是盾构施工导致土体位移过大的重要诱因之一。为有效计算土体位移,首先引入空洞收敛率,推导了空洞收敛变形造成的上部土体位移计算公式,再综合考虑双线盾构施工、空洞移动及收敛变形、正面附加推力、盾壳与土体摩擦力、附加注浆压力的影响,推导了含空洞地层中双线盾构施工引起的土体位移计算方法,结合算例对不同盾构施工因素、空洞半径、空洞中心埋深、空洞位置影响下的土体位移规律进行了研究。研究结果表明,引入不同盾构施工因素能更精确的计算开挖面前方的土体位移;接近先开挖侧隧道的空洞会对土体位移造成更大影响;接近空洞的地表沉降量随空洞埋深的增大而减小,远离空洞的地表沉降量随空洞埋深的增大而增大。     

含空洞地层中双线盾构施工引起的土体位移研究

浅地层存在空洞是盾构施工导致土体位移过大的重要诱因之一。为有效计算土体位移,首先引入空洞收敛率,推导了空洞收敛变形造成的上部土体位移计算公式,再综合考虑双线盾构施工、空洞移动及收敛变形、正面附加推力、盾壳与土体摩擦力、附加注浆压力的影响,推导了含空洞地层中双线盾构施工引起的土体位移计算方法,结合算例对不同盾构施工因素、空洞半径、空洞中心埋深、空洞位置影响下的土体位移规律进行了研究。研究结果表明,引入不同盾构施工因素能更精确的计算开挖面前方的土体位移;接近先开挖侧隧道的空洞会对土体位移造成更大影响;接近空洞的地表沉降量随空洞埋深的增大而减小,远离空洞的地表沉降量随空洞埋深的增大而增大。     

资源枯竭矿区深井开采引起地层再破坏的复杂性研究

针对资源枯竭矿区已经进行了多年开采而在地下浅部已留下很多老采区和地层已遭受数次沉陷破坏的特点，提出了深井开采及深浅部同时开采(重复采动)导致地层进一步破坏的特征和地层自下而上的沉陷规律及其损害累积效应，并借助北票矿区已经进行127a开采的实例，综合分析了资源枯竭矿区深井开采引起地层再破坏的复杂性及资源枯竭城市再生地层结构抗震性能的下降机理、评价方法和恢复措施。     

Investigations of the sequential excavation and reinforcement of an underground cavern complex using the discontinuous deformation analysis method

Two modifications are made to enable the use of the discontinuous deformation analysis (DDA) method to investigate the sequential construction of an underground cavern complex. One modification is the “block birth and death” approach. With the aid of a boundary block searching algorithm, this approach excavates the blocks in any closed domain step by step and is verified by a DDA example. The other modification is an updating algorithm of the rock bolt called the dull-reactivating method. In this new algorithm, the coordinates of the ending endpoints of the dull rock bolts are regularly updated and the corresponding rock bolts in the sequential reinforcement region are reactivated. The initial geostress field and the sequential construction of the underground cavern complex of the Dagangshan hydropower station in Southwest China are simulated with the modified DDA method. Valuable results are obtained by analysing the displacement, stress and rock bolt force. In the construction processes, the blocks around each cavern form a bearing capacity system to prevent the block deformation, and the rock bolts jointly support the stress release as a system. At the sidewalls of the main machine building and the downstream side wall of the tail surge chamber, the blocks cut by joints with a high dip angle suffer a strong stress release, and the tension forces of the several rock bolts are so large that they should be noticed, which provides a basis for the construction guidance of the project.     

不透水地基上设有排水棱体堤坝渗流计算的理论解

论述了堤坝下游设有棱体和褥垫排水堤坝的渗流计算,排水边界的坡角大于 90 °。主要内容和成果有：①对于下游水深 H ₂ = 0 的棱体排水,按柯钦娜式 q / k = μ h ₀ ,高精度计算出流量和出逸点高度关系式的比例系数 μ 的倒值,并提出相应的 1/ μ 拟合式,以便于应用,应用转化的超越几何函数,导出出逸段的坡降计算式,并具体计算出排水边坡坡角 90 °, 135 °, 180 °的出逸坡降分布;②应用速度平面保角变换的简化方法,导出排水棱体临界水深 H _C 的计算式,其推导过程较之努米诺夫的混合函数法大为简化,另提出相应的 H _C 拟合式,以便于应用;③对于下游水深 H ₂ ≥ H _C 的棱体排水,按努氏式 Δ L₂ = D₁ H₂+ D₂ q / k ,高精度计算出下游区附加渗径 Δ L₂ 式的比例系数 D ₁ 和 D ₂ ,并提出相应的拟合式,以便于应用,应用保角变换求出该型堤坝下游区的精确解,再结合努氏的上游区精确解,举出一具体算例,精确计算出堤坝的流量和渗透系数的比值 q / k ,出逸点高度 h _s ,出逸段坡降 I 的分布,以及全程浸润线和上下两反弯点的坐标,可借以校核该型堤坝渗流有限元计算程序和其它近似计算方法的正确性及其计算精度;④对于下游水深 0< H₂< H_C 的棱体排水,提出出逸点高度 h _s 和下游区附加渗径 Δ L₂ 两近似理论计算式,据此算出的 q / k 和 h _s ,与有限元计算的结果相符。     

深埋超大跨度地下洞室围岩稳定性研究

在深埋超大跨度地下洞室的开挖过程中,若支护方式和开挖方法不合理,易导致坍塌、大变形等失稳破坏现象,保证洞室的稳定性是施工过程中的核心任务,而现阶段国内外尚无明确标准对于地下洞室的稳定性定量分析,本文采用强度折减法对于深埋超大跨度洞室围岩稳定进行理论研究,得到了不同围岩等级下的安全系数,并对地下洞室破坏形态进行研究,为支护设计提供参考。     

正则抛物线准则及岩石初始损伤的估计

岩石内存在裂隙等缺陷引起试样强度的离散。随着围压增加,裂隙的摩擦承载与黏结力差异减小,即初始损伤对高围压下强度影响较小。正则抛物线准则可以准确描述砂岩等颗粒性岩石在高围压下的强度,拟合参数视为岩石的理想单轴压缩强度,其与试验值的差异表征试样初始损伤度。该参数可以为岩石损伤力学分析提供基础。     

复杂地层条件钻孔灌注桩的施工方法

针对工程的地质条件,分析了工程施工的重难点,介绍了施工对策与措施,阐述了复杂地层上大直径灌注桩成孔、清渣、灌注等主要的施工技术,以期采用较为合理的工艺方法,达到优质、快速、降低成本的目的。     

复杂断层扰动下的原岩应力场的数值分析与评价

在分析复杂断裂构造扰动下的矿山区域原位多点实测地应力分布特点的基础上 ,通过建立适合矿山工程岩体地质特点的参数式数值分析模型 ,采用位移不连续法 (DDM)及基于有限实测点的逐次逼近相结合的方法模拟了工程区域的复杂断裂构造应力场 ,得到了与实测值良好吻合的结果。并通过对数值计算所得的水平面内的次主应力分布特征的分析 ,探讨了复杂断裂构造对区域岩体初始应力状态的影响。研究结果表明 :区域原岩应力状态宏观上主要受几何尺寸大的断层的支配 ,局部范围内受复合断层的叠加扰动影响 ,造成了原岩应力状态的各向异性及非均匀分布特征。     

利用初流量法分析有自由面渗流问题之改进

在利用初流量法分析带有自由面的渗流问题时,常因采用高斯积分点作为结点初流量计算判断依据所带来的误差而令解出现振荡。为了减低这一因素的影响及提高计算的效率,针对常用的 4 结点平面单元和 8 结点 6 平面三维单元的自由面方程进行分析,提出采用坐标变换和等参变换等技术来改造结点初流量的计算,并建议按自由面穿越单元之状况引用分部积分,使其积分上、下限符合高斯积分法的格式化要求,从而可利用高斯积分法求出精确的结点初流量,而精确的结点初流量则有助于改善解的振荡及提高计算结果的精度。通过一矩形均质坝实例分析,表明该方法的稳定性和收敛性良好。     

复杂条件下Winkler地基梁的解析解

基于梁的弯曲微分方程、有限元理论和最小势能原理(虚功原理),利用梁单元间的位移、转角、弯矩和剪力协调条件,地基梁的整体平衡条件,给出了复杂条件下Winkler地基梁的一种计算方法。此方法能对Winkler地基梁在受集中力、集中力偶和任意形式的分布荷载共同作用时进行解析解求解,而且地基梁的截面和弹性模量、地基的基床系数可以分段不同。此方法能得到各梁单元和整个地基梁的沉降位移表达式,且这一表达式与简单条件下的Winkler地基梁经典解有相同的结构形式;根据与沉降位移表达式之间的导数关系,可以进一步得到转角、弯矩和剪力表达式。算例表明,计算结果与一般有限元方法的计算结果完全吻合。另外,此方法虽然在概念上属于有限元方法的一种,但单元划分方法与一般有限元方法存在本质差别,单元个数也远远少于一般有限元方法的单元个数。     

一类新复合形法及其在临界滑动面搜索中的应用

针对广泛采用的基本复合形法存在着搜索不完全、映射系数取值不灵活、复形多样性保持差等缺陷,提出了相应的改进措施,如动态全域映射收缩算子以及最大冗余点映射准则,形成了一类新型的复合形法。在确定冗余点时综合考虑了距离空间和目标函数值两方面的信息。通过对某复杂土坡的最危险滑动面的搜索表明,新型复合形法的寻优成功率比基本复合形法大大提高。