园形洞室最小支护抗力和最大允许变形探讨

本文从围岩弹塑性理论基本方程出发,考虑形变压力,松动压力和塑性区围岩粘结力c值降低的影响,通过弹塑性理论推导,建立了塑性区半径与维持围岩塑性极限平衡所需支护抗力的关系,进一步导出了最小支护抗力和最大允许变形的计算公式,并举例说明了计算公式的应用.分析计算表明,是否考虑塑性区围岩c值降低和松动压力,对园形洞室最小支护抗力和最大允许变形计算结果有明显的影响.     

东深供水工程凤岗隧洞施工期围岩稳定与支护措施研究

采用三维非线性有限元法,对东深供水改造工程凤岗隧洞施工期围岩的应力和变形进行了仿真分析,研究了围岩的应力变形的分布与变化规律和围岩的稳定性,探讨了支护措施的合理性,介绍了施工期围岩的收敛变形观测成果.综合对比分析观测与计算成果,证实了V类岩区和有断层破碎带的岩区采取钢管拱架与喷混凝土+锚杆联合强支护的经济合理性,为实际工程施工提供了重要参考.     

二道垭隧道开挖与支护的数值模拟分析

大量工程实践表明,岩体工程开挖后的应力调整和变形并不是瞬时完成,本文采用大型有限元工程模拟分析软件ABAQUS,模拟二道垭隧道的开挖与支护过程,研究隧道开挖后考虑不同的应力释放比例后再支护时,围岩的变形及锚杆的受力情况. 计算结果表明：对于松软岩层来说,考虑应力释放后再支护的计算结果更好地反映工程围岩的变形和破坏特性.     

含水炭质板岩非线性蠕变损伤模型及应用

对深埋隧道炭质板岩进行高围压不同含水状态三轴蠕变试验.蠕变过程中,随着加载应力水平提高及含水量的增加,炭质板岩产生衰减、稳态及加速蠕变3阶段.将Burgers模型串联一个由非线性黏壶η(n,t)与塑性体并联而成的非线性粘塑性元件,改进后的模型可描述加速蠕变曲线.由该模型建立本构方程,拟合分析不同含水状态炭质板岩的蠕变参数,结果显示粘滞系数ηM、瞬时变形模量EM、粘弹性变形模量EK、粘弹性粘滞系数ηK随含水率增加呈指数形式递减,但递减规律并不相同.引入含水损伤变量D(w),计算得到各蠕变参数指数型含水损伤演化方程,进而建立了考虑含水损伤的非线性蠕变模型,可充分反映不同含水状态对炭质板岩的蠕变损伤特性.建立数值模型,计算不同含水状态隧道围岩时效变形规律,结果显示初期支护体系于168 h左右闭合能有效限制围岩蠕变变形发展,二衬宜于初期支护闭合后360 h左右施作.     

含水砂岩巷道破坏细观机理及锚注强化支护研究

针对特定含水砂岩巷道非稳定蠕变、大变形问题,采用实验室试验、细观分析、理论研究和现场实测的方法,对巷道围岩软化动态响应、变形特征与失稳细观机理进行了深入研究.结果表明:巷道围岩细观颗粒崩解的根本原因为浸水-失水干湿循环与裂隙发育的动态响应;富含水、断层、原支护不当以及软化作用向深部蔓延的反馈效应等是引起含水砂岩巷道失稳的内在机理.在此基础上提出了破坏区锚注强化原理,制定了以注浆强化为基础、高预紧力锚杆支护为核心的锚注强化支护方法,并在王庄煤矿得到了成功应用.工程应用结果显示巷道修复仅13 d即进入变形稳定阶段,且最终变形量小于100 mm,有效地解决了巷道长期流变、大变形难题.     

深部软岩巷道围岩变形分析与控制

针对某深部软岩巷道支护困难问题,首先对围岩进行力学性能试验,然后利用有限元分析方法,在基于不同埋深软岩巷道围岩变形特征研究的基础上,从巷道开挖和围岩支护两方面对深部高地应力软岩巷道围岩变形与控制进行深入研究.结果表明:随软岩巷道埋深增大,巷道围岩变形呈线性增大趋势;在深部高地应力下掘进巷道时,全断面开挖法围岩变形最大,...     

二道垭隧道开挖与支护的数值模拟分析

大量工程实践表明，岩体工程开挖后的应力调整和变形并不是瞬时完成，本文采用大型有限元工程模拟分析软件ABAQUS，模拟二道垭隧道的开挖与支护过程，研究隧道开挖后考虑不同的应力释放比例后再支护时，围岩的变形及锚杆的受力情况．计算结果表明：对于松软岩层来说，考虑应力释放后再支护的计算结果更好地反映工程围岩的变形和破坏特性．     

导流隧洞钢拱架与喷锚支护体系有限元分析

钢拱架支撑是地下洞室开挖中的重要支护型式之一,与喷锚支护措施相结合能够有效地控制围岩变形和减小围岩失稳机率.结合某水电站工程实际,针对不支护、喷锚支护、钢拱架与喷锚联合支护等不同情况,采用三维有限元法对导流洞开挖过程中围岩的位移、塑性区,喷层、锚杆及钢拱架的应力分布情况进行了计算分析.结果表明:与普通的喷锚支护相比,采用钢拱架与喷层、锚杆组成联合支护体系能够对围岩变形提供直接抗力,围岩位移和塑性区范围大大减小,各支护材料的应力也有较大程度的降低,为导流洞围岩破碎洞段施工期的稳定提供了有力的保证.     

对轴对称荷载作用圆巷围岩理想弹塑性分析解的讨论

对轴对称荷载作用圆巷围岩理想弹塑性分析解——Kastner解适用于软岩和小变形情况,若用于非软岩和大变形情况,从Kastner方程会导得：不论巷道围岩塑性变形多大,巷道周边切应力恒等于岩体峰值强度;围岩所承受的地应力可以随围岩塑性区半径增大而持续增大,随巷道周边位移增大而持续增大;此外,Kastner解中切应力分布曲线在围岩弹、塑性区交界处有尖峰向上的应力集中.采用符合岩石实际的弹性、非线性硬化和软化光滑连接的应力-应变关系得到的巷道围岩分析解,可以弥补以上三点不足,恰当地反映巷道临界深度和巷道围岩自承地应力极限问题;所绘出的切应力分布曲线在围岩弹、塑性区交界处光滑连接,因而有更广的适用性和精确性,对巷、隧道围岩大变形支护设计有参考作用.     

深井软岩巷道底板卸压钢丝绳网锚注支护技术研究

针对平顶山天安煤业股份有限公司一矿深井软岩回风上山巷道工程地质条件和围岩变形特征,采用数值计算方法,研究了底板卸压槽卸压前后巷道围岩应力场、塑性区的变化规律,分析了底板卸压槽卸压机理,提出了钢丝绳网锚注支护技术,并进行了工业性试验。研究结果表明:(1)巷道底板开掘卸压槽卸压后,底板围岩垂直应力和水平应力的高应力区及其峰值应力均向底板深部转移。卸压后底板同一深度的围岩应力均小于卸压前的围岩应力;卸压后巷道顶底板和两帮围岩的塑性区范围均增大,底板卸压效果明显。(2)深井巷道围岩的破碎区和部分塑性区是支护的重点。回风上山巷道采取开挖底板卸压槽、钢丝绳网锚杆支护和围岩注浆加固等支护措施后,在围岩中形成了锚注体支护圈,提高了围岩的强度和自身承载能力。巷道围岩经历加速变形阶段、减速变形阶段和稳定变形阶段后,一直处于稳定变形状态。卸压槽+钢丝绳网锚注支护在回风上山巷道的支护试验取得成功,可为深井软岩巷道支护提供参考依据。     

沙湾隧洞数学仿真模型分析及开挖方式研究

通过对沙湾地下隧洞工程的数学仿真模型的分析,以Ⅳ类围岩典型断面为例,计算围岩位移、围岩应力、衬砌及锚杆应力等,分析不同开挖方式对隧洞围岩稳定性的影响,探讨优选隧洞的支护及开挖方式,验证设计方案的合理性。     

Investigation of stability of a tunnel in a deep coal mine in China

Stability level of tunnels that exist in an underground mine has a great influence on the safety, production and economic performance of mines. Ensuring of stability for soft-rock tunnels is an important task for deep coal mines located in high in situ stress conditions. Using the available information on stratigraphy, geological structures, in situ stress measurements and geo-mechanical properties of intact rock and discontinuity interfaces, a three-dimensional numerical model was built by using 3DEC software to simulate the stress conditions around a tunnel located under high in situ stress conditions in a coal rock mass in China. Analyses were conducted for several tunnel shapes and rock support patterns. Results obtained for the distribution of failure zones, and stress and displacement fields around the tunnel were compared to select the best tunnel shape and support pattern to achieve the optimum stability conditions.     

地下工程开挖卸荷的算法研究和计算机模拟

在岩体中开挖地下工程,无论是隧洞或是地下厂房,均会影响原来的平衡状态.开挖后使周围岩石失去支撑,导致新的变形和应力场的调整,即为卸荷效应.卸荷效应直接影响到建筑结构的安全和正常运行.当用有限元法对岩石进行结构分析时,此变形和应力调整相当于在开挖的边界处施加相应的节点力,即卸荷荷载.笔者给出三节点三角形单元和四节点四边形节理单元计算节点卸荷荷载的＂不平衡节点力法＂的原理和方法,同时阐述了在计算机上进行模拟实现过程。     

Elasto-plastic analysis of the surrounding rock mass in circular tunnel based on the generalized nonlinear unified strength theory

The present paper aims to establish a versatile strength theory suitable for elasto-plastic analysis of underground tunnel surrounding rock. In order to analyze the effects of intermediate principal stress and the rock properties on its deformation and failure of rock mass, the generalized nonlinear unified strength theory and elasto-plastic mechanics are used to deduce analytic solution of the radius and stress of tunnel plastic zone and the periphery displacement of tunnel under uniform ground stress field. The results show that: intermediate principal stress coefficient b has significant effect on the plastic range,the magnitude of stress and surrounding rock pressure. Then, the results are compared with the unified strength criterion solution and Mohr–Coulomb criterion solution, and concluded that the generalized nonlinear unified strength criterion is more applicable to elasto-plastic analysis of underground tunnel surrounding rock.     

公路隧道应力释放率对软弱围岩稳定性影响

近年来,由于新奥法广泛地运用于地下工程的施工过程中,围岩与支护结构之间的相互作用以及支护时机受到越来越多的关注。中条山隧道洞口段软弱围岩开挖步序多、工序及应力变化复杂,尤其是核心土解除后和二衬施工前安全风险大。本文采用有限差分软件对该隧道洞口段施工过程进行三维数值模拟,研究了洞周位移及支护结构在不同应力释放率下的力学响应,重点分析了典型断面处洞周围岩及支护结构的位移和受力情况,以及洞周位移随施工过程的动态变化规律。研究结果表明：对于软弱围岩公路隧道,应力释放率越大,围岩的塑性区发展范围越大,洞周位移越大;开挖过程中,拱顶沉降受到的持续性扰动较大;待二次衬砌施作后,仰拱隆起和收敛位移趋于稳定。     

Serviceability analysis of deep underground openings driven in jointed-rock

The performance of underground excavations is inevitably influenced by rock mass characteristics, presence of joints and their geometrical properties, depth below surface and state of in-situ stress field. The objective of this paper is to investigate the behaviour of deep underground tunnel opening existed between two bedding planes, Such planes weaken the strength of rock mass and may cause rock slippage/rotation along them. Therefore, the state of stress-displacement, after tunnel opening has been introduced, is examined using two-dimensional elasto-plastic finite-elements code, RS~(2D). The results indicate that, there is significant drop in the normal stress along joints over tunnel opening; slip occurs due to reversal in the direction of shear stress(e.g., inward shear displacement is produced) and there is discontinuity in the strength contours of rock surrounding tunnel after they have been intersected by bedding planes.     

乌江渡扩机工程尾水岔洞三维有限元分析

Ansys软件具有强大的前后处理以及可视化功能,能克服复杂岩土工程中的自编程序在该方面的局限性。文章基于Ansys对乌江渡水电站扩机工程的尾水隧洞进行三维建模和后处理,并采用弹塑性程序进行了三维开挖变形稳定计算以及衬砌结构分析,着重研究了不同应力释放比例情况下的隧洞应力和变形以及支护方案,同时考虑了水压力的作用:使得洞周围岩卸荷,部分进入屈服的岩体回到弹性状态。并在前处理中对岔洞采用了子模型技术,使得岔管的变形稳定计算更符合实际情况。最后提出与其他计算机语言相结合的二次开发技术是Ansys软件的发展方向,能更好地满足复杂地下工程的建模和计算。     

万年煤矿地应力测量与分析

地应力是采矿等岩土工程设计、施工必须考虑的重要参数.本文阐述了地应力测量的意义和空心包体应变计三轴地应力测量原理与方法,通过友万年煤矿地应力测量与分析,论述了万年煤矿巷道的稳定性与地应力的关系.     

某岩溶隧道围岩稳定性及涌水量预测的流固耦合分析

以沪蓉西高速公路乌池坝隧道为工程背景,建立了岩溶隧道三维地质模型,分析了在流固耦合条件下隧道轴向和垂直隧道轴向方向上的隧道围岩应力特征,讨论了围岩应力与分析断面距暗河、地表岩溶洼地之间距离以及与工况之间的关系,分析了各种工况条件下隧道典型断面洞壁的位移变化情况,对隧道的涌水量进行了分析和预测.研究和分析结果可为岩溶地区隧道的围岩稳定性分析和涌水量预测提供参考和帮助.     

隧洞支护效应的探讨

基于弹性理论,对隧洞开挖后和进行喷锚支护后的应力和塑性变形进行分析。运用FLAC 3D模拟了隧道开挖与支护过程中的力学行为,得到隧道在无支护和喷锚支护作用下围岩的塑性及应力变形情况。结果表明,在喷锚支护中,对锚杆施加预应力,其值为当隧道塑性区消失时所需支护力的大小。这种支护提高了围岩的自承能力,使围岩塑性区的扩展在隧道开挖不久就得到有效抑制,能有制止隧道围岩的进一步破坏。