富水泥质板岩隧道围岩蠕变力学特性研究EI北大核心CSCD

目前,对于考虑含水劣化的软岩蠕变力学特性研究存在一定的局限性。针对此问题,以沪昆客运专线长昆湖南段姚家隧道施工期泥质板岩的蠕变问题为出发点,通过三轴压缩蠕变试验分析应力状态及吸水率对泥质板岩蠕变特性的影响规律,在已有Burgers蠕变本构模型的基础上,引入水劣化因子,建立泥质板岩考虑吸水率的黏弹塑性蠕变本构方程,将蠕变参数转化为prony级数,在ANSYS软件中验证蠕变本构方程的合理性。研究结果表明:随着吸水率的增大,泥质板岩的蠕变变形和蠕变率增大,进入等速及加速蠕变阶段的进程加快;应力差的增大预示着泥质板岩进入等速及加速蠕变阶段的进程加快,时间缩短;随着吸水率的增大,泥质板岩蠕变参数(变形模量、黏滞系数、体积模量)呈指数函数减小。将顾及了水劣化因子的蠕变本构模型输入至ANSYS软件中,计算结果与三轴压缩蠕变试验结果吻合度较高,表明考虑吸水率的黏弹塑性蠕变本构模型具有较强的实效性,可以用于描述富水泥质板岩隧道围岩的蠕变规律。     

富水泥质板岩隧道围岩蠕变力学特性研究

目前,对于考虑含水劣化的软岩蠕变力学特性研究存在一定的局限性。针对此问题,以沪昆客运专线长昆湖南段姚家隧道施工期泥质板岩的蠕变问题为出发点,通过三轴压缩蠕变试验分析应力状态及吸水率对泥质板岩蠕变特性的影响规律,在已有Burgers蠕变本构模型的基础上,引入水劣化因子,建立泥质板岩考虑吸水率的黏弹塑性蠕变本构方程,将蠕变参数转化为prony级数,在ANSYS软件中验证蠕变本构方程的合理性。研究结果表明:随着吸水率的增大,泥质板岩的蠕变变形和蠕变率增大,进入等速及加速蠕变阶段的进程加快;应力差的增大预示着泥质板岩进入等速及加速蠕变阶段的进程加快,时间缩短;随着吸水率的增大,泥质板岩蠕变参数(变形模量、黏滞系数、体积模量)呈指数函数减小。将顾及了水劣化因子的蠕变本构模型输入至ANSYS软件中,计算结果与三轴压缩蠕变试验结果吻合度较高,表明考虑吸水率的黏弹塑性蠕变本构模型具有较强的实效性,可以用于描述富水泥质板岩隧道围岩的蠕变规律。     

压敏电阻劣化敏感参数分析与劣化模型构建研究

压敏电阻作为浪涌保护器的重要部件,在铁路的雷电防护领域内有着大规模的应用,其工作状态决定着防雷的实际效果。对压敏电阻开展状态感知和劣化评估可以有效避免因防雷器件失效而引发的浪涌入侵事故。本文以实验的方式采集了压敏电阻在整个寿命周期中的若干劣化敏感参数,首先对各个参数的变化趋势进行了分析,然后采用k最近邻和线性回归的方法构建了压敏电阻的劣化模型,并进行了验证。本文构建的模型具有较高的正确率,提供了一种压敏电阻的现场监测方法,能够实现防雷系统中元器件级别的状态监测,为铁路电务系统中雷电防护系统的智能运行维护提供了参考。     

黄土隧道围岩强度劣化细观机理研究

黄土隧道围岩在地下水作用下强度劣化严重,且机理复杂,其对隧道施工及运营安全造成了严重影响。为全面揭示其劣化机理,选取高精度μCT扫描系统作为研究手段,对不同含水量黄土试样在不同浸水条件下的细观结构进行研究,分析其表观结构、孔隙度的变化规律。研究结果表明：黄土试样含水量较低时细观结构受地下水影响较小,结构性保持较好,但随着含水量的增大,孔隙结构发生明显变化,强度衰减严重;黄土在地下水作用下孔隙度呈现明显的阶段性变化规律。研究成果可为黄土隧道施工及运营养护技术提供理论指导。     

公路隧道围岩亚级物理力学参数研究

 我国现行公路隧道围岩分级方法中部分围岩级别跨度较大,不能满足实际工程需要,据此对岩体围岩进行亚级分级。在此基础上,对各亚级围岩的物理力学参数取值范围进行研究。对于岩质围岩,首先根据亚级分级方法,确定出各亚级不同岩石坚硬程度、不同结构面构造和不同结构面结合程度的组合情况,对其进行数值计算,得到各组合情况下的物理力学参数值,然后结合实际调研资料,最终确定岩质围岩各亚级相应的物理力学指标取值范围。对于土质围岩,主要是通过大量现场试验及实际调研资料分析,获得围岩物理力学指标值,然后通过室内土工试验进行检验,最终确定土质各级围岩对应的物理力学指标值。     

富水环境下板岩膨胀过程宏-细-微观机制研究

为研究富水板岩宏观膨胀过程与微细观演化的关联性,从湖北省竹溪县板岩膨胀性问题出发,通过侧向约束下的膨胀率试验及恒体积条件下的膨胀力试验,探究板岩膨胀的宏观变形规律;利用X射线衍射(XRD)试验来确定岩样矿物的类型,通过扫描电子显微镜(SEM)试验观察板岩吸水后的微观结构及形态变化,分析板岩吸水膨胀的内部因素及微观结构演化规律;通过核磁共振(NMR)试验,得到板岩的T2谱分布,探究板岩泥化膨胀过程的细观机制。研究结果表明:在富水环境下,板岩的膨胀率以及膨胀力前期增速比较大,随着时间的推移,膨胀速率趋缓,最终膨胀率趋于定值,而膨胀力达到最大值后,呈现微幅降低的过程;随着浸泡时间的延长,黏土矿物含量总体呈现递增趋势,溶液趋于弱碱性;天然板岩T2谱分布呈现双峰形状,且以小孔隙为主,遇水后呈现三峰分布,内部开始出现大孔隙,孔隙总体积表现为先增后减,在浸泡2h时孔隙体积最大;吸水后板岩矿物颗粒开始膨胀,引起颗粒体积增大,颗粒间接触力增大,在宏观上表现为应力、应变张量的增大,解释了板岩膨胀变形与膨胀力产生的内部缘由。黏土矿物的微量溶解,使得膨胀应力微减,解释了达到最大膨胀应力后的微降现象。以宏观-细...     

基于敏感性分析的围岩力学参数反演方法研究

由于影响隧道变形的围岩强度参数和变形参数较多,现有的反分析研究主要集中在算法的优化上,因而忽略了工程应用的便利性和实用性。针对这种状况,以南京某隧道工程为依托,结合数值模拟,提出了基于敏感性分析的反演方法。根据工程实际,将围岩和支护结构综合考虑分为初始围岩区(简称Z₁),松动圈与锚杆锚固共同作用区(简称Z₂)以及钢支撑和喷射砼等效作用区(简称Z₃);通过安排试算初始值,利用FLAC^3D程序计算并分析不同的力学参数对不同隧道变形的敏感性,从而确定反演流程;根据反演流程结合各测点的实测变形值获取合理、准确的围岩力学参数。研究结果表明:与常规的反演方法相比,通过敏感性分析确定隧道不同变形的主控因素,以此变形来反演该主控因素参数在很大程度上提高了工程应用的效率与可靠度;拱顶下沉受Z₁区弹性模量E₁、Z₂与Z₁区弹性模量比值n的影响较大,受围岩泊松比μ₁的影响相对较小;隧道收敛受E₁、n、μ₁ 三者的影响都较大;围岩力学参数反演结果为E₁=362.6 MPa、n=0.62、μ₁=0.30;现场应用证明了该方法的有效合理性。     

炭质板岩富水段极软弱围岩变形控制施工技术

沪昆客专雪峰山2号隧道设计采用工法为三台阶临时仰拱法,但是在实际级软弱围岩施工中,此工法在施工过程中初期支护变形严重、初支混凝土掉块、剥落、变形量大于设计预留变形量造成二衬厚度不足。经过研究比选,在侵限段落采用工22a进行换拱处理,新开挖段落采用三台阶临时仰拱法,并增加大拱脚和加肋锁脚锚管,有效控制住了初支变形,顺利通过了该炭质板岩段落,取得了良好的经济效益和社会效益。     

砂板岩岩体力学特性的水岩耦合试验研究

利用MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统,经过岩体受力状态模拟、无水压岩体力学特性测试、水岩耦合试验等几个阶段试验,对砂板岩岩体力学特性的高空隙水压效应进行了试验研究。结果表明：砂板岩岩体强度与变形性能随水压升高而降低,其中水压对黏聚力c的影响最大,对内摩擦角φ的影响甚微,对变形模量的影响居于二者之间。随着水压升高,岩体的黏聚力c急剧下降,当水压较高时,岩体可能完全丧失黏聚力;随着水压升高,变形模量E₅₀和E₀均有降低,两个参数的变化梯度相差不大。这些成果揭示了砂板岩岩体力学特性的高空隙水压力效应,并建立了主要力学参数预测模型,成果对于解决工程实际问题具有重要的参考价值。     

富水环境下泥质板岩膨胀演变各向异性特征研究EI北大核心CSCD

针对富水环境下含结构面的泥质板岩在膨胀过程中所表现的各向异性特征,制备含不同角度结构面的泥质板岩重塑样,开展膨胀特性试验、核磁共振试验和扫描电子显微镜试验,分析泥质板岩膨胀各向异性宏观演变规律和微观结构变化特征;基于试验结果,建立含结构面倾角的泥质板岩三维膨胀本构模型和膨胀应力细观表达式。结果表明:在富水环境中,在结构面倾角的影响下,重塑样膨胀率–膨胀荷载呈非线性关系,与天然泥质板岩曲线趋势表现一致;在相同轴向荷载下,轴向极限膨胀率与结构面倾角呈负相关;含不同倾角结构面泥质板岩的侧向约束轴向极限膨胀率、恒体积下轴向极限膨胀应力表现出明显的各向异性,二者均与结构面倾角呈负相关;膨胀稳定后以小孔隙和中孔隙为主,大孔隙较少;泥质板岩微观基本单元以片状颗粒为主,部分为块状颗粒,且颗粒空间排列定向性较明显,颗粒之间主要为片状体的面面接触,叠聚呈塔状;随结构面倾角的增大,孔隙数量、孔隙面积和面孔率逐渐减小,孔隙边缘趋向于复杂化;含结构面的泥质板岩三维膨胀本构模型和膨胀应力细观表达式从宏–细–微观尺度定量表征了富水环境下泥质板岩膨胀演变的各向异性特征。研究成果可为软岩膨胀机制研究和软岩膨胀问题处治提供参考。     

基于Hoek-Brown准则的山岭隧道围岩力学参数估计

将围岩岩体分级系统(Q系统)引入到Hoek-Brown强度准则中,引入节理粗糙度、节理充填物的抗剪强度及岩石所受应力3个指标,对地质强度指标(GSI)进行定量化修正,并基于围岩基本质量指标BQ、裂隙组数、围岩节理条件以及Q系统评分值,重新构建一种GSI的定量化分析方法,通过测量扰动前后围岩的纵波波速优化岩体的扰动参数D。基于修正后的Hoek-Brown强度准则与Mohr-Coulomb强度准则进行等效转化,估算岩体的力学参数,通过与实例工程中试验结果进行对比,得知此方法是合理、可行的。     

节理岩体参数对围岩破损区影响的敏感性分析

本文针对黄河拉西瓦地下水电站工程，对节理岩体诸参数对围岩破损区范围的影响进行了敏感性分析。指出了主要敏感参数，对这些参数影响围岩破损区的趋势和可能程度进行了讨论，并对勘察和施工提出了一些意见。     

深埋隧道锚岩体力学参数综合取值研究

深埋岩石工程勘察设计阶段中岩体原位试验工作困难,针对深埋复杂岩体力学参数选取问题,提出在岩体地质分析基础上,综合原位试验和Hoek-Brown准则的岩体力学参数取值方法.该方法首先依据勘探成果分析岩体地质特征,对工程区岩体进行分类,应用Hoek-Brown 准则确定各类岩体力学参数并采用经验参数核对校正,确定设计阶段岩...     

隧洞围岩力学参数综合估算方法的应用研究

针对目前隧洞围岩力学参数估算方法缺少横向对比的缺憾,本文推荐采用力学参数综合估算方法对待评区围岩进行参数估算。首先对目前常用的行业规范法、拟合公式法、经验准则法等力学参数估算法进行了详细归纳、汇总,并指出各自在应用中需注意的问题、确定方法等,藉此,以某水利水电隧洞0+105 m～0+132 m段为研究对象,基于现场围岩结构特征素描结果进行围岩质量评价,进而实现应用行业规范法、拟合公式法、经验准则法对待评围岩力学参数的估算,并应用横向关联对照分析方法推荐了力学参数的取值结果。经与原位测试与室内试验结果推荐值对比发现,本文采用的力学参数综合估算方法结果与其取值大小、范围均较吻合,验证了该方法的合理性。对于隧洞围岩力学参数的快速、准确估算具有一定借鉴意义。     

结构性黄土深埋盾构隧道围岩力学特性研究

盾构施工会破坏黄土结构性,为探求黄土结构性变化对盾构隧道围岩力学特性的影响,引入应力比结构性参数对摩尔-库伦强度准则和芬纳公式进行修正,通过建立黄土围岩和管片之间力和位移的连续条件,对围岩塑性区半径进行了求解,并对解析解进行了对比验证,最后分析了关键参数对围岩力学性态的影响。结果表明：(1)太沙基土压力公式计算结果介于解析解上限值与下限值之间;(2)随着应力比结构性参数的增大,对应的塑性区半径和围岩压力值在不断减小;(3)随着覆跨比的增加,塑性区半径不断减小,围岩压力值不断增大,当黄土结构性比较强时,隧道覆土厚度达到一定值之后围岩压力解析公式才适用;(4)围岩压力和塑性区半径与开挖半径近似呈线性正相关关系。     

碳化泥质板岩大断面隧道围岩松动圈测试研究

围岩松动圈范围是隧道、巷道及类似地下工程设计、施工和评价围岩稳定性的重要技术参数之一。针对吉图珲高速铁路小盘岭大断面碳化泥质板岩隧道在掘进过程中发生的地层变形大、频繁更换钢拱架以及隧道局部多次发生垮塌这一严重现象,采取多点位移计监测及超声波检测技术,对小盘岭隧道围岩松动圈范围进行测试。在此基础上,通过改变围岩壁后注浆深度,对比分析控制效果。现场测试表明,小盘岭隧道围岩松动范围大,平均达到约5 m,隧道开挖右侧松动圈范围大于左侧松动圈范围,原支护方案中锚杆长度仅为4.0 m,径向注浆管长度为3 m,初步判断施工步距大以及锚杆长度过短是造成隧道围岩失稳的重要因素。在后续的施工过程中,采取右侧及拱顶锚杆长度为6.5 m,左侧锚杆长度为6 m,围岩径向注浆管长度增加到5 m,经过优化后的锚杆长度参数明显改善了围岩的支护效果,监测表明隧道拱顶沉降及围岩收敛速率明显减小,拱架受力明显降低,降低了隧道施工风险,并为类似工程的设计及施工提供参考。     

圆形隧道衬砌围岩变形压力的时间效应

本文通过理论分析和模型实验研究了圆形隧道衬砌上的围岩变形压力的时间效应。研究结果表明:作用在隧道衬砌上的围岩变形压力的大小及其分布形式都具有明显的时间效应;在选择设置衬砌的时间时,建议考虑围岩材料的蠕变主时间;围岩内粘塑性流动区随时间的扩展,将导致围岩变形压力随时间增加。另外,还讨论了衬砌上围岩变形压力的分布形式随时间的变化。     

蠕变围岩隧道二次衬砌支护时间的研究

在软弱围岩中,作为主要承载结构和最后一道防水线的二次衬砌的支护时间至关重要[1]。若支护时间过早,衬砌因围岩蠕变的影响将产生较大的变形和所承受的荷载较大,从而出现破坏现象;若支护时间过晚,围岩因蠕变的影响产生较大的位移而失稳,从而引发跨塌等工程事故。因此,对蠕变围岩隧道的二次衬砌支护时间的研究具有重要的工程意义。文章应用蠕变损伤理论,从应变的角度得出二次衬砌合理的的支护时间,对隧道工程的设计、施工具有一定的指导意义。     

V级围岩隧道施工新方法围岩特性研究

对于V级围岩大跨偏压小净距隧道,传统的施工工法双侧壁导坑法有时并不能满足施工要求,本文以浙江路湾隧道工程为依托,以导坑分步开挖法的新工法为背景,利用ANSYS、FLAC有限元软件分析偏压程度对新工法围岩变形的影响情况,继而给施工一定的指导作用。     

水岩相互作用对岩石劣化的影响研究

水岩相互作用作为岩土工程相关学科研究的前沿领域,具有典型的多学科交叉特点,是工程岩土体稳定研究的重要内容之一.水岩相互作用过程中,岩石改变了水的赋存状态,同时自身也受到水的反复侵蚀.本文分别从物理、化学和力学作用三方面入手,对水岩相互作用下的岩石劣化问题进行了综述,对国内外的研究现状进行了回顾与分析,进而总结了岩石劣化...