水工隧洞围岩稳定性分析中的有限元强度折减法

长期以来,水工隧洞围岩的稳定性一直是大家关心的难题.现阶段,研究者多采用有限元法计算隧洞周边某点的应力、位移或塑性区大小来判定围岩的稳定性.实际上,这种方法因位移、塑性区大小与围岩稳定性没有严格的定量关系而存在很大的随意性.文章将有限元强度折减法应用于隧洞围岩稳定分析中,并以具体工程实例求出了安全系数和潜在破坏面,为水工隧洞的设计提供定量依据.     

基于强度折减法判断圆形隧洞围岩稳定性研究

围绕某圆形隧洞围岩稳定性分析开展了一系列研究。介绍2种基于广义Hoek-Brown准则的强度折减方法,得到了对该准则下相关参数的折减系数;讨论几种岩土工程中常用的失稳判据,并采用圆形隧洞顶部竖向位移发生突变作为失稳判据,并且,引入滑动t-检验方法来确定突变点的位置;由FLAC3D软件建立计算模型,计算隧洞围岩安全系数,并与等效的Mohr-Coulomb准则强度折减法计算得到的结果进行对比。结果表明：以圆形隧洞顶部竖向位移发生突变作为失稳判据是合理且可行的;通过引入滑动t-检验确定突变点位置的方法提高了计算隧洞稳定安全系数时的客观性和可操作性。     

用强度折减法分析锦屏水电站高边坡的稳定性

边坡稳定性分析常用的方法主要有极限平衡条分法、有限元法和有限元强度折减法等.而有限元强度折减法是一种边坡稳定分析方法,它是强度折减技术与有限元法相结合,在给定的评判指标下,通过调整折减系数对边坡的稳定性进行分析,求得边坡的最小稳定安全系数.采用有限元强度折减法对锦屏水电站高边坡的稳定性进行分析,得到相应的边坡安全系数,并给出了可能的滑面.     

饱和-非饱和渗流下膨胀土坡稳定性评估的有限元法

总结了膨胀土坡饱和-非饱和渗流场中影响边坡稳定性的一些因素,建议了饱和-非饱和渗流下考虑强度降低、密度变化等稳定性影响因素的膨胀土坡稳定性评估三维强度折减有限元方法,研制相应的强度折减有限元程序。通过与传统极限平衡法分析结果对比研究,对抗剪强度折减有限元法分析边坡稳定问题的适用性进行了评价,得出采用三维强度折减有限元法确定考虑饱和-非饱和渗流场的膨胀土边坡稳定性安全系数是可行的结论。     

考虑渗流和膨胀变形的强度折减三维有限元法

在探索多场耦合理论基础上,研制出了一个考虑渗流场和膨胀变形对应力场作用的三维强度折减有限元程序。通过与传统极限平衡法分析结果进行对比研究,对抗剪强度折减有限元法分析边坡稳定问题的适用性进行了评价,得出采用三维强度折减有限元法确定考虑渗流场和膨胀变形的边坡稳定性安全系数是可行的结论。     

统一强度安全系数法在隧洞围岩稳定评价中的应用

隧洞围岩稳定问题是岩土工程问题中的一个重要的研究内容,其评价结果是否准确可靠直接关系工程的安全与否。较之位移或塑性区法,安全系数法的物理表达式清晰,可得到唯一的数学解析解,更加科学合理。基于统一强度理论建立弹塑性本构矩阵,编制有限元程序以隧洞为例进行计算。与ADINA计算的Mohr-Coulomb安全系数比较,两者安全系数分布规律一致。进一步研究表明,统一强度安全系数确定的隧洞围岩破坏范围较之Mohr-Coulomb安全系数给出的不稳定范围偏小,验证了统一强度安全系数法作为地下洞室围岩稳定评价方法的合理性。该方法应用于工程结构的强度研究中,可以节省工程预算和投资。     

ABAQUS强度折减法在边坡稳定分析中的应用

强度折减有限元法是将强度折减理论与强塑性有限元法相结合的一种边坡稳定分析方法。将强度折减法与有限元软件ABAQUS相结合,提出以塑性区贯通及塑性应变、位移的突变作为边坡失稳的评价依据,为准确判定边坡的滑动面及相应的安全系数提供了可靠依据。该方法相对于传统的极限平衡法来说在理论上更完备计算上更精确,特别是对于复杂条件下的边坡稳定性分析更具有独特的优势。     

超前支护下苏家岩隧道掌子面稳定性分析

考虑到超前支护作用下初期支护未支护段的影响,以苏家岩隧道为对象,通过建立掌子面稳定分析模型,推导隧道安全系数目标函数,并进行优化求解;与模型试验结果进行对比分析,探究不同因素影响隧道安全系数的具体情况。结论如下：改变围岩黏聚力和内摩擦角、初期支护未支护段长度以及洞径尺度有利于提升隧道稳定性;掌子面锚杆加固强度与隧道安全系数呈线性关系,围岩内摩擦角较大时,掌子面锚杆加固强度对隧道稳定性作用较大,反之则较小;可通过布置掌子面锚杆密度来增强隧道稳定性,并将围岩力学参数代入稳定临界参数曲线,从而选定超前支护计算参数,确定施作方法。结果可为实际工况中超前加固后的隧道稳定性情况、超前支护参数和施工方法提供参考。     

深埋隧洞开挖稳定性评价方法对比研究

引入2种等效超载法,并结合强度折减法和超变形法,对深埋隧洞初次开挖支护的稳定性进行渗流-应力耦合计算分析.结果表明,考虑增加初始孔隙水压力和应用弹塑性损伤本构模型均会增加破坏区的范围和最大值;等效超载法与强度折减法产生的破坏区范围差异性较大,且得到的安全系数要大于强度折减法;基于弹塑性损伤模型的强度折减法得到的安全系数...     

有限元极限平衡法与强度折减法在边坡稳定性分析中的对比

基于有限元极限平衡法和强度折减法,对比分析了澳大利亚计算机应用协会所使用的三类边坡稳定性考题,用于定量评价这两种有限元法的计算精度。研究结果表明,对于均质及多层土边坡,有限元极限平衡法与强度折减法的计算结果较为接近,而对于含软弱夹层的边坡,有限元强度折减法计算所得的安全系数明显偏小。研究结果对提高边坡稳定性的计算精度具有重要意义。     

软弱岩脉对某电站隧洞影响的有限元计算分析

某电站尾水隧洞具有埋深大、地质条件复杂、洞室段分布有宽度较大的软弱岩脉等特点,软弱岩脉的影响导致围岩稳定性问题异常突出,需要计算评价其稳定性。基于ANSYS软件,采用有限元数值方法分别对岩脉分布在隧洞顶部、侧墙及底部时对隧洞的影响进行了分析,并采用有限元强度折减法对开挖支护后隧洞安全性进行评价。数值计算结果表明,岩脉位于隧洞顶部及底部时仅对局部变形和应力有较大影响,对围岩整体稳定性影响较小;而当岩脉在隧洞侧墙位置时围岩整体稳定性大大降低,因此需在施工中对侧墙分布有软弱岩脉的洞室段加强支护。     

软弱围岩隧道开挖方法比选及数值模拟研究

以云南云县至临沧高速公路中某一隧道为例,探究软弱围岩隧道的适宜开挖方式,运用MIDAS GTS NX软件建立有限元模型,模拟接近实际条件的CD开挖法、环形开挖法和台阶开挖法对隧道稳定性的影响,将模型导入FLAC 3D 5.0中利用强度折减法计算不同开挖方法开挖后隧道的安全系数.结果表明,环形法开挖的隧道其拱顶沉降和拱腰...     

塑弹性围岩工程性质试验及成果分析

本文根据甘肃省引大入秦工程引水隧洞中塑弹性围岩工程性质的大型试验,就其试验方法与成果,紧密结合工程实际及设计需要,从围岩稳定性角度,进行了介绍与分析。提出了抗剪断峰值强度的折减系数、围岩初始自重应力、初始强度的确定及超限应力、围岩应力集中系数等问题。如在无构造应力情况下,利用试验成果分析中的“C”点应力及单轴极限抗压强度(二次强度)求取围岩的超限应力或超限应力系数,从而判定围岩的稳定性。为探索塑弹性围岩的基本工程性质及试验方法提供了可能的借鉴。     

基于多因素可拓物元法的围岩稳定性评价

为了能准确评价隧洞围岩的稳定性,降低隧洞开挖过程中发生事故的风险。以云南西山营隧道为例进行分析,采用改进的层次分析法确定指标权重,以岩石完整性系数、岩石抗压强度、结构面影响系数、地下水修正系数为隧道围岩分级指标体系,建立多因素可拓物元模型,对隧道围岩的稳定性进行评价;并采用修正BQ法对围岩分级进行验证。结果表明:利用两种方法得出来的围岩级别基本相同,说明基于可拓物元法在围岩的稳定性评价是可靠性的。该方法简单可靠,可为实际工程隧道围岩分级及稳定性确定提供参考。     

某分洪隧洞工程下穿高速公路交通隧道结构安全分析

新建某分洪隧洞工程下穿既有高速公路交通隧道,分洪隧洞与交通隧道结构物之间的最小距离为23.50 m。为评估分洪隧洞施工对交通隧道的安全影响,通过建立有限元模型,进行隧洞开挖静力有限元分析。分析结果表明,隧洞围岩变形量较小,采用台阶式开挖法,可以显著控制隧洞围岩变形,阮家洋溪分洪隧洞衬砌和围岩安全稳定,分洪隧洞开挖对交通隧道变形影响微小,不影响交通隧道结构安全。交通隧道锚杆轴力、衬砌最大拉应力和最大压应力、围岩最大拉应力和压应力等均小于其材料强度,并具有较大的安全余度。     

隧道开挖数值模拟及复合式衬砌安全性分析

隧道的开挖与支护是涉及多个因素的复杂过程,利用ANSYS软件对其进行数值模拟,分析隧道围岩在不同参数的复合式衬砌下的应力、位移变化,以及衬砌体自身的内力状态。运用强度折减法计算出不同工况下隧道围岩稳定安全系数,以研究锚杆对隧道围岩的加固作用和锚杆直径的变化对围岩稳定产生的影响;在二次衬砌受到稳定围岩荷载的条件下,运用数值计算方法计算各种厚度条件下衬砌的安全系数,探讨二次衬砌厚度变化与其所引起的自身内力状态以及自身的安全系数有着怎样的关系。模拟分析取得了较好的效果,可为类似工程实践提供参考与指导。     

基于强度折减理论的海底斜坡稳定性分析

为加强强度折减有限元法在海底斜坡稳定性研究中的应用,以"荔湾3-1气田不良地质的风险评价"项目为工程背景,运用有限元软件ABAQUS二次开发得到的边坡稳定性分析模型对海底斜坡稳定性进行评价,并在此基础上探讨了各土体性质参数对海底斜坡稳定性的影响。该二次开发模块操作简便、计算准确,自动搜索安全系数精度高。计算结果表明海底斜坡坡度、土体不排水强度、摩擦角对海床稳定性影响较大,土体密度影响不大。     

长期冲蚀作用下水工隧洞衬砌结构的受力分析与安全评价

以丰宁抽水蓄能电站泄洪排沙洞为研究对象，针对典型洞段开展长期冲蚀作用下的衬砌结构受力分析与安全评价。根据巡检机器人获得的隧洞衬砌受到冲蚀情况，分析隧洞投入运行后累计7年的衬砌外水压力测数据变化规律，提出基于材料强度、结构配筋和承载力安全系数指标的衬砌结构安全评价方法，并利用该种方法对受长期冲蚀影响下的丰宁抽水蓄能电站排沙洞的围岩稳定性、衬砌结构受力特性和结构安全进行了分析和评价。结果表明:泄洪排沙洞运行的围岩稳定性可以得到保证；虽然长期运行条件下的衬砌结构安全程度有所降低，但仍然符合衬砌结构安全要求，泄洪排沙洞的结构安全仍有保证。相关研究可为受冲蚀作用影响的类似水工隧洞衬砌结构安全评价提供参考。     

开挖走向对某节理隧洞块体稳定性的影响

节理裂隙岩体地下洞室开挖工程中隧道走向的选取至关重要,是影响开挖后隧洞围岩整体稳定性的重要可控因素。为优化开挖方案,需要对开挖后隧洞围岩稳定性进行分析和预测。本文基于关键块体理论,结合工程实例,选取不同隧洞走向对某隧洞随机块体稳定性进行了模拟分析。结果表明:与隧洞轴线走向相近的缓倾角节理为危险结构面,更易形成不稳定块体。在轴线走向与工程区不连续结构面交角由小变大的过程中,随机块体数量增多,体积变小,安全系数普遍有增大趋势。     

变形参数对边坡安全系数的影响

针对强度折减弹塑性有限元方法考察边坡稳定性过程中,弹性模量E和泊松比ν是否需要折减进行了分析。对比计算表明,弹性模量E与泊松比ν的不同取值对边坡濒临破坏时特征点位移的突变性和塑性区的贯通性基本没有影响,因而对边坡安全系数的准确确定没有影响。进一步分析表明,强度折减有限元法是基于虚拟的应力场、变形场等参量来确定边坡的安全系数及相应破坏滑裂面位置的,调整弹性模量E与泊松比ν的大小不会改变这种场量的非真实性本质。因此,为了便于强度折减有限元方法在边坡稳定性分析中的运用与发展,建议在有限元计算中不对弹性模量E与泊松比ν进行折减。