平面P波入射下地下洞室群动应力集中问题解析解

采用波函数展开法给出了半空间中洞室群在平面P波入射下动应力集中问题的一个解析解,数值结果表明,当洞室之间距离较近时,洞室之间的相互作用对地下洞室群的动应力集中具有显著的放大作用,动应力集中系数可能达到单个洞室的3.5倍以上,动应力集中系数峰值位于两个洞室相对的区域。     

地下洞室衬砌外壁形状变异性对内壁动应力集中因子峰值的影响

 采用波函数展开法及边界离散的方法给出平面SH波入射下地下衬砌洞室(衬砌内壁为圆形、外壁为任意形状)动应力集中的半解析解,利用蒙特卡罗方法随机模拟产生30组半径变异系数为0.05的衬砌外壁形状样本,通过对衬砌内壁动应力集中因子(DSCF)峰值的统计分析,研究衬砌外壁形状变异性对内壁DSCF峰值的影响。研究表明：洞室衬砌外壁形状变异性对内壁DSCF的峰值大小有重要影响,柔性衬砌情况的影响远大于刚性衬砌情况的影响。柔性衬砌和刚性衬砌样本峰值的最大值比圆形洞室峰值分别增大178.15%和31.98%;柔性衬砌和刚性衬砌样本峰值的变异系数分别可达衬砌外壁半径变异系数的9.84和2.57倍。     

平面SV波垂直入射下浅埋双圆隧道复合衬砌解析解及减震力学机理分析

基于波函数展开法,给出了平面SV波入射下地下半空间弹性介质中圆形双洞复合式衬砌洞室动应力集中系数解析解,建立了小净距隧道减震层力学模型,并深入研究了低频SV波入射下洞室间距和减震层对衬砌动应力集中的影响。分析结果表明：洞室间距对衬砌的动应力有显著影响,随着洞室之间距离增大,左右洞室衬砌动应力集中系数降低;当洞室间距小于4倍洞室直径时,必须考虑双洞的相互影响;洞室中间部分围岩动应力集中系数较大;在围岩和衬砌间设置减震层,由于减震层刚度低,可以减小围岩对隧道的径向作用力,减震层可以降低衬砌动应力20%左右,但同时围岩切向动应力增大。     

复杂形状洞室围岩应力弹性解析分析

将地下洞室弹性力学解析分析过程计算机程序化,充分利用超长项级数形式的映射函数,得到复杂形状洞室围岩弹性力学的解析逼近解     

地下任意形状洞室对SH波的散射

采用沿边界离散的数值方法,研究了任意形状洞室对平面SH波的散射问题。数值结果表明,地下洞室对附近地面运动具有显著的放大作用。     

基于高效保角变换的单个复杂洞室围岩应力场解析解研究

 基于高效的、边界点搜索的地下洞室外域映射函数解法,以及柯西积分公式和弹性力学中的复变函数解法,简化并总结求解单个复杂洞形围岩应力场解析解的一般性步骤,推导出势函数的解析表达式,然后根据应力组合的复势表达式求解出各应力分量的解析表达式。在映射函数已知的情况下,利用该表达式能够快速精确地求出任意复杂形状洞室的围岩应力场解析解。通过与数值计算结果相比较,得出该解析解法能够计算出更为精确的应力场,并且求解效率很高。同时,求解直臂马蹄形洞形平面问题的应力场解析解,分析在3种不同远场应力情况下的应力集中情况。最后,结合锦屏一级水电站主厂房的实际情况,求解出开挖后的围岩应力场解析解。     

近海盐雾区钢筋混凝土圆形截面构件承载力退化研究

基于半无限平板单元的平板扩散模型常常直接被用来预测钢筋混凝土圆柱开始腐蚀时间,而忽视截面形状对氯离子扩散的影响。采用考虑时变性及圆形形状特性的扩散方程,分析了近海盐雾区圆形截面形状对开始腐蚀时间的影响。分析结果表明,海岸线距离越远、半径越小,采用平板扩散模型高估开始腐蚀时间的现象越明显。提出腐蚀钢筋混凝土圆柱截面承载力计算模型,进一步探讨了半径对不同服役期近海盐雾区截面承载力退化率的影响。研究结果表明,随着半径的增大,钢筋腐蚀对截面承载力的影响变小。当混凝土圆柱暴露在重度盐雾区时,可直接采用平板扩散模型评估钢筋开始腐蚀时间。为了控制采用平板扩散模型所引起的退化率差值在5%内,当钢筋混凝土圆柱暴露在轻度盐雾区且半径小60cm时,需考虑形状对开始腐蚀时间的影响,进一步评估圆柱截面不同服役期截面剩余承载力。     

平面压缩波入射下弹性半空间中直墙拱形隧道地震响应分析

采用间接边界积分方程法(IBIEM),对压缩波(P波)入射下弹性半空间中直墙拱形隧道的地震响应进行分析。通过参数分析,讨论入射波特性和衬砌特性对平面波散射的影响规律。计算结果表明:直墙拱形衬砌洞室附近波的散射同圆形衬砌情况相比差异显著;动力反应特征主要依赖于波入射角、入射波频率、衬砌埋深和厚度等参数;P波入射下洞室附近地面运动放大效应十分明显;低频波入射下,直墙拱形衬砌底板处的动应力集中现象最为显著。     

某地下洞室开挖过程中变形和应力分析研究

根据相关地下洞室工程地质条件,采用有限元分析软件ANSYS模拟地下厂房开挖,并对其进行数值模拟计算。计算得出了岩体开挖过程中围岩产生的应力、位移分布情况和变化量,分析得到了地下洞室的变形和应力都在可控值的范围内。除了应力集中部位需要特别注意外,围岩周围体都是稳定的,为地下洞室的开挖施工提供了参考。     

平面SV波入射下弹性半空间中三维球形洞室的动力响应

采用一种间接边界积分方程法求解了平面SV波入射下弹性半空间中三维洞室的动力响应问题。通过与已有结果的比较,验证了方法的计算精度。在此基础上,以半空间中圆球形洞室为例,对地表位移响应和洞周动应力集中特征进行了详尽的参数分析,并与二维模型进行了比较。研究表明:二维和三维模型对平面波的动力响应在平面内存在一定的相似性,但在波型转换上存在显著差别,尤其体现在响应峰值及空间分布特征上,并且随着频率的升高,空间分布差异愈加明显;在出平面方向,三维洞室周围存在着显著的波散射效应,而二维模型难以描述这种出平面波型转换现象。     

外交叉锚固洞室抗爆性能数值模拟

目前,国内外针对洞室锚固结构抗爆性能的研究主要集中于爆炸波在岩土介质中的传播特性、对围岩的破坏作用、锚喷支护内加固效果分析等方面,很少涉及对外加固效果的研究。笔者为研究薄被覆层条件下外锚固结构对地下洞室抗爆性能的效果,在模型试验的基础上,利用FLAC3D建立无锚固和外交叉锚固两种三维整体式有限元模型,模拟洞室在爆炸荷载作用下的响应。结果表明:洞室加固前后侧墙破坏区域基本相同,但加固后其拱顶的位移、破坏长度和破坏面积明显减小;加固后洞室周围应力集中区域缩小,主应力明显降低,各部分动应变趋向均匀;加固后洞室压应力与反射拉应力出现的时刻延后,应力波传播速度减缓。研究结果和该有限元预测方法可为地下洞室抗爆设计提供参考。     

不同屈服条件对地下洞室围岩稳定影响研究

根据地下洞室开挖后围岩破坏特性,提出了围岩剪切、拉裂、压碎、卸荷和扰动影响程度等围岩稳定破坏评判指标,这些指标更加合理地描述了地下洞室在开挖过程中围岩的不同破坏特性,有效地反映了围岩产生开裂、卸荷、应力集中和扰动累积的破坏原因,为地下洞室开挖稳定评判提供了较好的量化依据.论文采用D-P、M-C等面积圆、Z-P三种屈服准则对拉西瓦地下厂房洞室施工开挖过程进行了分析比较,对照各种围岩破坏指标,论证了不同屈服准则对洞室围岩稳定的影响;通过与施工开挖的监测数据对比,说明了不同岩性采用不同屈服准则分析的合理性.     

杨房沟水电站地下厂房围岩稳定分析

杨房沟水电站地下厂房是典型的大跨度、高边墙地下洞室群,工程区地质条件较复杂,高边墙及洞室间岩柱的稳定性是洞室设计的关键。根据地应力测试数据,采用边界位移条件回归方法,构造出厂区初始地应力场。采用FLAC3D软件对洞室群围岩稳定进行计算分析,获得洞周围岩变形与应力特征、塑性区分布及支护结构的受力状态,对地下厂房洞室群围岩稳定性做出评价,为洞室设计提供了科学依据与技术指导。     

基于非局部Biot理论下饱和土中深埋圆柱形衬砌对平面弹性波的散射

基于Biot饱和多孔介质理论和非局部弹性理论,构建了非局部Biot运动方程及本构方程。利用波函数展开法及饱和土与衬砌边界连续条件和衬砌内边界自由边界条件,求解了饱和土体中圆柱形衬砌对平面波散射问题的解析解。并通过将该解退化为单相介质中及经典Biot理论下衬砌对平面P波散射稳态解,验证了计算结果的正确性。研究结果表明,衬砌内边界及外边界动应力集中因子均随非局部因子的增大而减小;隧道内边界动应力集中因子分布曲线随非局部因子的减小而扩大;当入射波频率大于0.045 MHz时,饱和土中空隙尺寸及空隙动力的影响将不可忽略;非局部因子一定时,衬砌外径与内径比越大则衬砌内边界动应力集中因子越大,且当衬砌较薄时,衬砌内边界动应力集中因子可能产生负值。     

三维边界元在地下洞群围岩变形与稳定分析中的应用

本文应用边界元静动力分析程序包BESDAP对某大型水利工程地下洞群的围岩变形与稳定进行了计算分析。针对边界元法在大型工程应用中的一些共同的特点与要求,对若干重要的计算技术问题作了有效的处理。计算成果给出了各洞室之间的相互影响、各洞室的孔边位移、应力以及洞周的剪切破坏区。整个计算过程与最终成果均表明边界元法的各种优点在地下洞群围岩分析中表现得特别显著。     

超大型地下洞室群的三维地震响应分析

在大型水电站、核电站的地下厂房及大型地铁车站等超大型地下洞室群结构的动力反应分析中 ,围岩的动刚度特性不仅涉及到围岩对结构的动力约束作用 ,而且也是地震动输入机制的关键和地下结构分析中的难点。采用阻尼影响抽取法研究了围岩动刚度的动力特性 ,提出了岩石地下结构抗震分析的实用算法。该算法具有较好的精度和计算效率。在此基础上对溪洛渡超大型地下洞室群的抗震安全性进行了评价。     

旭龙水电站地下厂房围岩稳定问题研究

旭龙水电站地下厂房三大洞室主要为主厂房、主变室、尾调室,平行布置于花岗岩及混合岩中,少量位于斜长角闪岩脉体中,具有大跨度、高边墙、断层小角度相交、中高地应力等工程特点。主要工程地质问题主要有三类：局部高地应力,断层与洞室小角度相交,洞室顶拱分布半定位块体。文中分析了各类工程地质问题影响围岩稳定的模式和机理,为提出针对性设计方案提供坚实的地质依据;对地下厂房洞室群围岩整体稳定性数值进行计算,为洞室支护方案和参数提供有力支持。     

地下洞室最优开挖形状的确定方法

以洞室周边的最大切向应力最小为最优准则，给出了利用复合形最优化技术确定最优洞室形状的方法，在基于该准则所得的最优化洞室周边，应力集中程度最小。     

地震荷载作用下地下岩体洞室位移特征的影响因素分析

用FLAC3D初步分析了地震荷载作用下埋深、洞室形状、地应力特征对地下岩体洞室位移特征的影响。分析结果表明:地震荷载作用下,地下洞室位移响应随埋深的增加而减小,当地应力侧压系数λ≥1(特别是λ>2时),洞室位移响应存在临界埋深(200～300m),并随地应力侧压系数的增加而减小。洞室断面形状对洞室位移响应有一定影响,圆形断面洞室拱顶和拱底位移较矩形和马蹄形小。分析结果还表明,随地应力侧压系数的增加洞室位移明显减小,幅度随埋深的增加有减小趋势,地应力侧压系数λ<1时的洞室位移量值及随侧压系数的变化幅度明显大于地应力侧压系数λ>1时的情况。本文的工作可为工程设计提供一些概念性指导。     

地下水封油库场址地应力场及工程稳定性分析研究

建设战略地下水封石油储备库是完善国家石油储备体系的重要途径之一。鉴于此,我国拟在渤海湾附近投资兴建一大型战略石油储备库。由于地下水封油库特殊的地下结构形式,需要对工程区范围内的地应力的量值和方向进行详细的研究分析。在工程区共布置5个水压致裂地应力测点,实际测值相对较为离散,各个测点之间很难找到内在联系,因此利用Sheorey模型对5个测点的测值进行了归一化处理,较为准确地给出洞身部位的应力值大小,即最大水平主应力为11.02±1.0 MPa,最小水平主应力范围为6.82±1.0 MPa,最大主应力的方向为76°(±13°),这与B.C.Haimson等人在朝鲜半岛的研究成果较为吻合,实测地应力场方向与世界应力图所给出的区域构造应力场的方向极为一致,即WSW-ENE到E-W之间。按照修正后的岩体强度应力比方法评价工程区的应力状态可知,地应力量值中等,地应力场对地下工程稳定性影响不大。在这样的远场应力条件下,按照开挖后洞室截面周边最大应力和洞室围岩岩体强度之比的分析计算结果,如果洞室轴线沿最大水平主应力方向布置,在开挖过程中,地下洞室围岩基本以线弹性变形为主,局部受节理裂隙面影响的岩体会出现掉块现象。选择合适的洞室截面形状及洞室轴线和地应力场最大水平主应力方向之间的夹角对洞室的稳定性至关重要。