基于遍布节理模型的断层破碎带隧道稳定性研究

因地质条件的复杂性,导致节理、断层、裂隙等弱面较为发育,致使隧道围岩稳定性研究中很难全面考虑各弱面对稳定性的影响。文章通过引入遍布节理模型,同时考虑岩块和节理属性,使研究更为符合岩体状态和工程实际,详细探明了TBM隧道在穿越不同节理倾角和不同节理间距的断层破碎带时,其围岩的稳定性及安全性的变化规律,为施工的安全快速进行提供参考。研究表明,断层破碎带中节理倾角越大或者节理间距越小,对隧道围岩所造成的不良影响越大。     

某公路隧道连拱段中导洞台阶法开挖对围岩稳定性影响研究

本文依托某公路隧道连拱段工程,结合目前国内连拱隧道施工方法现状,运用FLAC3D程序建立了在Ⅳ级围岩地质条件下的连拱隧道三维施工过程弹塑性模型,对Ⅳ级围岩条件下的连拱隧道采用中导洞台阶法进行了施工过程模拟,分析得出了中导洞台阶法在Ⅳ级围岩条件下修建公路连拱隧道在中隔墙顶部易产生应力集中现象。     

边坡影响下连拱隧道施工方案优化分析

随着我国公路隧道建设的发展,连拱隧道也越来越多.连拱隧道一般应用于中短隧道,常常与边坡结合在一起,同时连拱隧道施工过程非常复杂,不同的施工方案带来不同的力学行为,故有必要对连拱隧道在施工方案进行优化分析,尤其是在边坡影响的情况下.文章建立了连拱隧道施工动态有限元模型,分别模拟先开挖边坡外侧和先开挖内侧隧道的施工过程,并通过对中墙应力、围岩稳定性的比较,分析了边坡影响下两种施工方案的优劣.     

岩层倾角对片岩隧道变形特征的影响

层状岩体的强度和变形具有显著的各项异性特征,隧道施工中围岩稳定性机理较为复杂,是隧道工程中的热点问题。为研究岩层倾角对围岩变形特征的影响规律,以中卫至兰州客运专线某大断面片岩隧道工程为依托,采用MIDAS进行了不同倾角下围岩稳定性数值分析,研究结果表明:层状岩体与各向同性岩体位移场差异性较大。对于各向同性岩体,隧道开挖后围岩产生向洞内的变形,位移场关于隧道轴线对称。对于层状岩体,围岩变形特征与岩层倾角相关,位移场关于层面法线方向大致呈现对称分布,隧道洞周测点位移不均匀性较大。岩层倾角对隧道围岩塑性区具有显著影响,岩层倾角不同,塑性区分布规律及面积均不相同,围岩稳定性差异较大。     

节理岩体对盾构开挖稳定性和地层损失率的影响

为研究节理岩体对盾构隧道开挖稳定性和地层损失率的影响,以南昌某盾构隧道为研究对象,采用离散元软件UDEC建立数值模型,分析节理倾角对围岩变形和地表沉降的影响规律,通过拟合得到地层损失率,并将模拟值与实测值进行对比,研究节理间距、盾构隧道间距以及隧道埋深对地表沉降的影响规律。研究结果表明：盾构隧道围岩在节理面产生较大位移,节理倾角的存在导致隧道围岩产生偏压现象,节理倾角为60°、90°时容易失稳;当节理倾角为60°时,地表沉降取得最大值,当节理倾角为45°时,地表沉降取得最小值。通过拟合Peck曲线可知,该工程区段的地层损失率范围为0.658%～0.896%;地表沉降值与隧道埋深、隧道间距以及节理间距均成负相关。     

节理密度对围岩变形及破坏影响的试验研究

采用相似模型试验和岩土工程数字照相变形量测软件,研究了深埋应力场中不同断续节理密度的岩体在开挖条件下巷道围岩破裂区的产生与扩展机理,分析了围岩破坏和碎胀变形的发展规律及其对巷道稳定性的影响。研究表明:岩体中节理密度对岩体的承载能力影响很大。与节理岩体相比,完整岩体在破裂前可以承受较大的弹性变形;节理岩体即使与完整岩体具有相同的承载能力,但其稳定性及变形量却有区别,完整岩体的变形量更小、稳定性更好。产生相同的围岩破裂区,岩体中节理越密集需要的应力越低,反之亦然;在相同的应力作用下,岩体中节理越密集,表明岩体越破碎,产生的围岩破裂区就越大,围岩碎胀变形也越大,导致工程的稳定性越差;因此,岩体中断续节理的密度控制着围岩的稳定性。     

双连拱隧道开挖整体性态三维数值仿真分析

双连拱隧道的整体稳定性及衬砌的稳定性都要比单拱隧道差,其整体开挖力学性态也较为复杂;作者就不同开挖断面组合,并考虑非理想化施工影响条件下的连拱隧道整体性态进行了分析;分析采用三维拉格朗日元法（Lagrange）进行。就计算围岩、结构应力、位移及锚杆作用力进行分析并得出相应结论。结论对连拱隧道设计和施工具有科学指导意义。     

节理岩体隧道围岩稳定性离散元数值模拟

概述节理岩体特性及离散元法基本原理,结合实际工程,采用离散元软件UDEC对节理岩体隧道围岩稳定性进行分析,数值模拟结果与实际工程施工情况吻合良好。同时,基于计算结果及应力和能量判据,较为准确地对隧道工程岩爆进行预测。分析表明用UDEC进行富含节理岩体的隧道开挖数值模拟具有一定可行性。     

连拱隧道水平位移控制标准研究

在连拱隧道建设中,必须进行围岩变形及位移的监测。根据现场围岩位移的监测结果,可以及时分析与预测围岩稳定性,以保证隧道施工的安全进行。结合小金口连拱隧道现场监测数据,利用数值分析方法对Ⅲ类围岩水平位移监测数据进行处理与分析,得出:采用Boltzman函数拟合分析方法,能够较好反映连拱隧道施工过程中水平收敛位移的变化情况,从而得到连拱隧道水平位移变化的控制标准,对连拱公路隧道设计和施工具有一定的指导意义。     

利用相似模拟方法研究公路隧道施工力学形态

通过对某工程二车道公路隧道在3种不同围岩条件下的大型相似模型实验，研究了二车道公路隧道围岩在隧道施工中的位移发展过程、隧道围岩最终位移及围岩的稳定性，并对依托工程隧道施工进行了指导。     

基于节理精细化描述的隧道围岩变形破坏特征分析

 福州机场高速二期金鸡山隧道是国内首例双向八车道连拱隧道,隧道区域内节理发育,围岩破碎,隧道围岩稳定性受节理展布特征影响显著。通过对金鸡山隧道中导洞开挖掌子面、区段断面及其他出露区域节理的采集,利用统计分析方法对隧道正洞区域内的节理展布预测;在此基础上,利用非连续变形分析(DDA)法对金鸡山隧道围岩变形、破坏过程进行模拟计算,对隧道围岩变形、破坏的典型阶段进行划分,并指出隧道容易发生变形破坏的部位。最后,将DDA计算分析结果与隧道施工过程中发生的塌方进行比较,两者性态一致,表明DDA法在隧道围岩的稳定性分析基本能够反映隧道真实稳定性,在隧道围岩稳定性分析方面具有良好的应用前景。     

断续节理扩展算法在隧道围岩稳定分析中的应用

利用虚节理力学性质参数弱化函数,在 Jennings 强度准则基础上 提出了应用于非连续变形分析计算的断续节理强度形式;然后,将虚节理力学性质参数弱化规律和断续节理强度表达式运用于非连续变形分析计算程序中,实现了对断续节理扩展过程的模拟算法 ;并通过剪切试验计算结果与室内试验结果的比较,验证了该算法的正确性。利用该算法对节理岩体中金鸡山隧道进行了围岩稳定性分析,分析结果客观反映了节理展布特征对隧道围岩的变形影响和节理岩体隧道围岩位移分布特征,表明了断续节理扩展算法在隧道围岩稳定性分析方面具有良好的应用前景。     

大断面小净距隧道水力耦合围岩稳定性数值模拟

以在建富水区大断面小净距公路隧道为工程依托,通过自主开发的弹塑性应力-渗流-损伤耦合有限元计算模型对水力耦合作用下大断面小净距隧道围岩稳定性进行计算。采用差异进化算法进行损伤参数反演,在所得反演参数的基础上,对不同净距下,所选开挖断面处围岩的塑性区分布、损伤场演化规律和不同注浆圈参数对隧道周边损伤值及洞内涌水量的影响规律进行计算结果分析。     

节理特性对顺层隧道破坏模式及稳定影响分析

顺层隧道的破坏模式及稳定性与岩体节理特性密切相关。建立顺层隧道的节理岩体模型,采用有限元强度折减法,研究了当顺层隧道围岩为硬质岩层、硬质岩软质岩互层时,节理倾角变化以及节理间距变化对隧道破坏模式及稳定性的影响。结果表明,顺层隧道开挖后,顺层面方向围岩会顺着节理面滑移,垂直层面方向围岩会产生弯曲折断破坏。当节理倾角变化时,两个方向的破坏程度和破坏范围会随之发生变化,从而影响隧道的安全系数,倾角40°时安全系数达到峰值。当隧道围岩为硬质岩层时,节理倾角的变化对隧道围岩的破坏模式影响较小,当隧道围岩为硬软互层时,随着节理倾角的增大,软质岩顺着节理面滑移的可能性大大增加。当节理间距增大时,隧道围岩宏观力学性质逐渐趋向于岩石,安全系数逐渐增大。研究成果对于合理设计顺层隧道的支护措施具有指导意义。     

基于改进遍布节理模型的陡倾千枚岩隧道灾变机制研究

为了研究陡倾千枚岩隧道的施工力学特性,在FLAC3D中对一种可同时考虑千枚岩强度各向异性和弹性变形各向异性的改进遍布节理模型(横观各向同性弹塑性遍布节理模型)进行二次开发,并推导出横观各向同性材料的弹性变形各向异性分析理论公式。此外,对陡倾千枚岩隧道开挖过程进行数值模拟,揭示陡倾千枚岩隧道的灾变机制,验证了本构模型的有效性。研究表明:由于千枚岩弱面的抗剪强度较低,使隧道围岩容易发生节理剪切型破坏;千枚岩弱面的抗拉强度较低,使隧道壁面平行于弱面位置附近围岩容易发生节理张拉型破坏;高地应力产生的压应力集中使围岩易发生岩石基体剪切型破坏;围岩岩石基体张拉型破坏在隧道开挖过程中不易发生;受千枚岩的各向异性特性影响,围岩位移场呈现显著的不对称性;较大的水平–竖向应力比造成围岩发生向隧道内的水平挤压变形,是造成支护结构失效的主要原因。本文研究成果可为类似工程提供有益参考。     

考虑蠕变特性的高应力软岩隧道变形预测方法与实践

为研究高应力软岩蠕变特性对隧道围岩变形预测的影响，以木寨岭公路隧道为依托，首先采用三维计算模型与多元线性回归相结合的方法分析初始地应力场，并结合围岩段落划分，选择典型计算断面；其次，提出基于[BQ]值的围岩参数取值方法，确定典型计算断面的围岩参数；而后，开展基于M-C模型和Cvsic模型的断面变形计算，剖析岩体蠕变特性对围岩变形的影响；最终，对比了预测结果与实际围岩变形。结果表明：(1)岩体蠕变特性对围岩变形具有明显增大效应，围岩位移增长量与横断面平均主应力呈正相关；(2)围岩条件越差，蠕变增大效应越显著；横断面平均主应力越大，蠕变增大效应中位移增长量越大，而位移增长率变化不明显；(3)蠕变特性对围岩变形等级预测有明显影响，M-C模型预测结果弱于Cvisc模型，与实际围岩变形情况存在较大差异。研究结果为在高应力软岩隧道变形预测中引入岩体蠕变效应奠定了实践基础。     

岩体节理对隧道开挖稳定性的影响分析

文章结合南垭路三号隧道,利用强度折减法原理,分别使用FLAC~(3D)及3DEC软件进行数值模拟计算,定量地分析了贯通节理对隧道稳定性的影响。通过计算,得出了软弱围岩中的隧道埋深与其稳定性之间的关系,稳定性随埋深的增大而先增加后减小;并通过对比发现,节理对岩体的削弱作用明显,在节理岩体中修建隧道时,隧道支护应适当做保守设计。     

基于流固耦合理论的连拱隧道围岩稳定性分析

以湖南省常吉高速公路新修建的一些大跨度连拱隧道为工程背景，基于流固耦合分析理论，利用快速拉格朗日有限差分法对连拱隧道围岩稳定性进行分析。主要考虑流固耦合效应作用时，围岩级别、隧道埋深、地下水位以及施工工法和初期支护等因素对围岩稳定性的综合影响，得到Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ级围岩在各种情况下隧道开挖后围岩最大主应力、洞周位移、塑性区、孔隙水压力分布以及喷锚支护受力特征等结果，探讨连拱隧道开挖渗流机制，并分析深埋连拱隧道开挖后的孔隙水压力场分布特征。研究结果直接指导该高速公路二期工程中的隧道防排水施工和支护措施的改进提高，为富水地层条件下的隧道工程开挖设计提供一定的理论参考。     

连拱隧道施工台阶错距对围岩影响分析

隧道开挖必然扰动或破坏天然岩体相对平衡状态的初始地应力场,从而在一定范围内引起地应力的重新分布,并且导致岩体发生变形。连拱隧道开挖、支护和衬砌施工相互交错影响,使得围岩应力和衬砌荷载转换变得更为复杂。结合云南大中山1号连拱隧道施工情况,利用MIDAS/GTS软件建立了隧道三维数值模拟计算模型,对连拱隧道V级围岩采用中导洞-台阶法开挖,不同台阶错距对隧道围岩受力状况及变形位移进行了模拟分析。结果表明,当浅埋侧主洞先行,上下台阶开挖错距为0.5D时,围岩受力及变形量较小。     

《岩石力学与工程学报》2005年第2期被EI收录论文（26篇）

No.论文题目作者名页码1对3种著名边坡稳定性计算方法的改进朱大勇李焯芬黄茂松等183–1942双连拱公路隧道裂缝成因及防治措施王建秀朱合华唐益群等195–2023岩石力学参数反分析的变分伴随方法研究徐卫亚刘世君203–2064基于模式搜索的岩石流变模型参数识别陈炳瑞冯夏庭丁秀丽等207–2115围岩变形的时效特征与预测的研究杨林德颜建平王悦照等212–2166压应力状态下断续节理岩体全过程应力–应变关系及其变形局部化分析周小平张永兴朱可善217–2217隧道的两种减震措施研究高峰石玉成严松宏等222–2298压力洞室围岩的高压透水率测试技术与应…