静力无衬砌黄土隧洞稳定性探讨

强度折减法和具有拉和剪破坏分析功能的大型有限差分程序FLAC相结合,并将其引入到静力隧洞的稳定性分析中。首先对黄土无衬砌隧洞静力破坏机制进行了数值分析,在此基础上进行了一个简单的隧洞静力模型试验,数值分析结果在静力模型试验中得到了验证,同时说明FLAC强度折减法能够用于隧洞静力稳定分析,进而计算得到隧洞静力稳定安全系数。为下一步黄土隧道的地震反应分析和有衬砌黄土隧道动力稳定性分析奠定了基础,也为隧道修建和运营期间的稳定性提供了依据。     

桩基荷载作用下隧洞破坏模式研究与安全分析

 以重庆市朝天门隧道为工程实例,采用有限元强度折减法进行桩基荷载作用下隧洞的稳定性分析。桩与隧洞相互作用是一个桩–岩土–结构共同作用的复杂过程,主要有3种破坏模式：隧洞破坏、桩基破坏、衬砌破坏。隧洞破坏与桩基破坏属于土体剪切破坏,可以采用有限元强度折减法求其稳定安全系数。针对桩基荷载作用下隧洞稳定性的各种影响因素：岩体强度、桩基荷载、桩与隧洞距离及桩的埋深等,建立6种计算方案、16种计算桩位,求出相应的安全系数,并分析其内在规律。桩与隧洞之间存在临界距离与临界埋深,当桩位于临界距离或临界埋深范围之内时,桩对隧洞稳定性有较大影响,隧洞先发生破坏,反之则桩对隧洞影响较小,桩基先发生破坏。     

关于土体隧洞围岩稳定性分析方法的探索

 长期以来,地下隧洞围岩稳定性分析没有科学合理的方法,一直停留在以洞周某点位移或塑性区大小的经验值作为判断稳定性的依据。隧洞洞周位移或收敛位移受围岩弹性模量、洞室形状大小等因素影响,洞周不同部位的位移值也不相同,很难找到统一的位移判据标准。以塑性区大小作为围岩稳定性的判据要优于位移标准,但围岩塑性区受泊松比、洞室形状大小等因素影响,不同软件计算出的塑性区大小也有差异,这种方法同样也不可靠。由此可见,传统的经验分析法不够合理。为此,提出将基于有限元强度折减法求出的安全系数作为稳定性分析判据,该判据有严格的力学依据,有统一的标准,而且不受其他因素的影响。以黄土洞室为例,提出洞室的剪切与拉裂安全系数的概念,通过不断折减土体的抗剪强度参数c,j 值或c,j 与抗拉强度,使黄土隧洞围岩塑性区不断扩展,直至塑性应变或位移发生突变时,即表明隧洞发生剪切破坏,此时的折减系数即为剪切安全系数。通过不断折减土体的抗拉强度参数,使黄土隧洞内临空面处(不包括底部临空面)围岩出现第一个单元拉裂破坏时,即表明隧洞发生拉裂破坏,此时的折减系数即为拉裂安全系数。该研究仅是对围岩稳定性分析方法的尝试性探索,供同行分析、讨论。     

强度折减DDA法及其在边坡稳定分析中的应用

 在自行研制的非连续变形分析程序中实现自动强度折减法以模拟边坡的稳定性和安全系数。针对强度折减有限元法收敛标准的不确定性,通过分析滑块在边坡上的稳定性,提出以边坡滑移位移与强度折减系数曲线的最大曲率所对应的折减系数为边坡安全系数的判别标准,该判别标准克服了“位移突变准则”不准确的缺点;并基于该判别标准,分析水库岩体边坡的稳定性并得到岩体边坡安全系数随库水位变化的规律;最后对小湾某高边坡进行开挖模拟及开挖后边坡的稳定性进行计算分析。     

地震作用下隧洞动力响应数值分析

运用FLAC^3D对某无衬砌土质隧洞在地震作用下的动力响应进行了研究,根据位移时程及剪应变增量的变化分析了其破坏机制和规律。计算结果表明:地震作用下由于隧洞临空面对地震波的放大效应,在离临空面一定距离的土体初始将产生一定的永久位移,之后随时间开始收敛,此处土体最终保持了稳定状态;而临空面附近的土体则完全处于屈服状态,位移不随时间收敛,一直向临空面滑移,直至破坏;最大剪应变增量首先出现在侧墙部位,随着地震的持续其范围迅速扩大并向拱顶延伸,同时在拱顶也出现最大剪应变区,当拱顶和侧墙最大剪应变区完全贯通时,隧洞就产生了整体破坏;剪应变增量随地震作用的时间而增大,但增长速率随着地震的持续而减小。研究结果为土质隧洞的抗震设计提供一定的借鉴。     

钻孔灌注桩孔壁稳定性分析

 采用有限元数值模拟与有限元强度折减法,研究土体性质、泥浆相对密度、孔深、孔半径等因素对钻孔灌注桩孔壁稳定性的影响。研究结果表明：(1) 黏性土地基中孔壁稳定性问题主要是缩径问题,土质越差、孔半径越大或孔越深,缩径量越大,提高泥浆相对密度能有效地减小缩径量;(2) 砂土地基中孔壁稳定性问题主要是坍孔问题,孔壁土体产生一定的塑性区后,很容易发生破坏,同时这种破坏会向四周蔓延扩散,最终形成坍孔。影响砂土地基孔壁稳定性的主要因素是泥浆相对密度,为保证孔壁稳定,砂土地基中最小泥浆相对密度应使得泥浆侧压力不小于土体静止侧压力。研究成果可为软土地基中钻孔灌注桩设计与施工提供参考。     

彬县大佛寺明镜台边坡稳定性分析北大核心CSCD

彬县大佛寺明镜台为国家级重点保护文物。近年来,由于集中降雨和地震等因素的影响,明镜台台基出现了蠕动变形和局部沉降,并导致上部墙体出现裂缝、木结构发生损坏等。通过现场勘察和病害分析,定性分析得出明镜台滑坡形成机理。建立了合理的三维有限元模型,采用有限元强度折减法对明镜台边坡稳定性进行分析,动态地模拟了边坡失稳时滑移面形成的过程,得出了明镜台边坡失稳时的破坏形式和滑移面位置。     

推移式滑坡渐进破坏机制及稳定性分析

 在现行滑坡稳定分析的基础上,建立推移式滑坡渐进破坏稳定性分析法。在分析滑坡破坏机制的基础上,提出临界状态条块或单元,该临界状态条块或单元处于破坏和峰值应力之前两状态之间,并提出相应的决定方法。提出推移式滑坡2种破坏模式,模式I：整个滑体沿弱面发生推移破坏,模式II：后缘沿弱面发生推移破坏,而前缘局部沿滑体发生剪切破坏;在滑坡破坏控制的研究基础上,提出模式I滑坡破坏受弱面的基本力学特性所控制,对于模式II,滑坡后缘破坏受弱面的基本力学特性所控制,而前缘受滑体的抗剪力学特性所控制,2种破坏模式的临界状态逐步由后缘向前缘移动,也即是滑坡破坏不断地产生新的峰值应力状态和破坏后区状态。对推移式滑坡的变形规律进行研究,提出在滑坡模式I和II渐进破坏全过程中,滑坡破坏面上的每一点的时间与位移关系均会呈现不同的“S”型曲线特征,对于整个滑体而言,滑面上每一点的位移与高度关系曲线,在不同时刻呈现不同的抛物线型特征。分析滑面的位移与时间的关系曲线特征,提出滑面位移与时间的关系曲线呈现3种类型：类型a：I型非稳定时间曲线,类型b：I型稳定时间曲线,类型c：III型稳定时间曲线。研究现行滑坡稳定性系数的计算特点,提出滑坡稳定性计算的综合下滑力–抗滑力、主推力和基于位移变化的方法。研究了滑坡的运动特点,提出了主滑方向的定义,且主滑方向随力和位移的变化而变化。研究有限元滑坡稳定计算的特点,分析引起滑坡有限元法计算不收敛的原因,提出滑坡有限元计算的滑面边界法,其滑面既可以施加理想弹塑性模型边界,计算所得稳定系数可与传统的极限状态稳定计算结果相比较,又可以施加不同的应力–应变模型边界,从而获得真实的应力场和位移场,也可利用各种方法计算相对应的稳定系数;对于滑面确定可以采用各种优选计算和现场勘查方法。提出了各种对应关系图,这些图形有利于理解提出的系统理论。     

用有限元强度折减法进行节理岩质边坡稳定性分析

通过对节理岩质边坡非线性有限元模型进行强度折减，使边坡达不到稳定状态时，有限元静力计算将不收敛，此时的折减系数就是稳定安全系数。同时可得到边坡破坏时的滑动面以及破坏过程，有传统条分法无法获得节理岩质边坡的滑动面与稳定安全系数，该方法为节理岩质边坡稳定分析了开辟新的途径，通过算例表明了此法的可行性。     

强度折减法进行公路隧道边仰坡稳定性分析

隧道洞口段边仰坡的破坏经常是引起洞口坍塌、构筑物开裂破坏的主要原因,因此隧道洞口段边坡的稳定性是隧道设计和施工时必须认真对待的问题.针对隧道洞口处不同边仰坡形式,运用有限元强度折减法,通过对边仰坡非线性有限元模型进行强度折减,使边坡达到不稳定状态时有限元静力分析不再收敛,得到边坡的稳定性系数,同时得到边仰坡破坏的滑动面及破坏过程.通过数值模拟结果和实际工程结果的对比,证明有限元强度折减法在隧道边仰坡稳定性分析中有重要意义.     

三门峡电厂灰场地震稳定性分析

通过对位于 8度地震区灰坝的有限元分析 ,探讨了高烈度地震区填筑灰坝 ,尤其是用碾压灰渣作为坝基的可行性     

局部破碎带渗水条件下海底隧道稳定性的有限元极限分析

 以存在局部破碎带的青黄海底公路岩质隧道为例，考虑到海水的渗透性，采用有限元极限分析法分析海底隧道岩体注浆加固前、后的稳定性。计算结果表明，隧道整体是安全的，此种情况下，隧道衬砌原则上可按无水压设计，衬砌厚度与采用全水头设计相比可以大大降低。但当存在局部破碎带时，隧道安全系数降低，破碎带越宽，注浆堵水圈厚度越小，安全系数越小。与完整围岩破裂面位于两侧相比，含倾角45°破碎带围岩的稳定性最差。因此，必须做好破碎带的超前注浆堵水加固，以减少其渗水量，并对破碎带进行局部加固，此种情况下，隧道衬砌原则上可按有水压设计。     

节理岩体中隧道开挖与地震作用下围岩的稳定性

节理、断层等不连续面的存在造成岩体变形的不连续性并且这些不连续面对岩体变形、应力等力学行为造成重要的影响。在地震的作用下节理而可能张开、滑移。在有临空面时，节理岩体将表现出显著的几何非线性和大变形。对已有的非连续变形分析程序进行了改进，应用改进的程序模拟了节理岩体中隧洞开挖的过程以及地震荷载作用下隧道围岩的动力响应，并模拟了围岩的失稳和破坏过程，这有助于了解节理岩体中隧道围岩的变形和破坏机制。从计算结果可以看出，非连续变形分析方法可很好地模拟节理岩体中的隧道开挖过程以及地震荷载作用下围岩从稳定、失稳到破坏的全过程。     

小线间距城市双线隧道围岩稳定性分析

在修建城市双线隧道时，由于地形等因素的限制，隧道间距一般都难以满足普通技术规范的要求。为了分析双线隧道围岩稳定性特征与围岩级别，隧道间距，支护等的变化关系，应用有限元数值方法方法对小线间距双线隧道围岩稳定性进行了详细计算，得出小线间距城市双线隧道最小净距的参考值，并对厦门仙岳山隧道进行了围岩稳定性计算。     

岩坡稳定的三维强度折减法分析

目前，强度折减法基本上用于边坡的二维稳定分析。为研究其在岩石边坡三维稳定分析中的适用性，选择平面滑动和楔形体滑动2个经典算例，运用强度折减法求解其安全系数，并与E．Hoek和J．W.Bray给出的解析解进行对比。计算结果表明，数值解与解析解非常接近，模拟的滑动方向与理论假定也基本一致。算例中，结构面使用实体单元模拟，为此进一步探讨结构面单元厚度和网格密度对计算精度的影响；结构面均为甲面，其厚度为块体高度的1／10～／200，厚度与单元数对安全系数的计算结果影响不大。对特征点位移准则和塑性区贯通准则进行比较分析，认为结构面塑性区贯通收敛准则在理论上与极限平衡理论较为吻合，实际应用上也易于操作．作为收敛准则较为合理。三滑面五面体滑动算例进一步验证该方法的适用性。     

基于增量动力分析的大型地下洞室群性能化地震动力稳定性评估

 基于现有研究成果,将增量动力分析引入大型地下洞室群地震动力稳定性评价领域,形成大型地下洞室群的性能化地震动力稳定性评价方法。首先讨论基于PEER-NGA数据库的强震记录选取方法,根据具体工程的地震地质特性针对性地搜索合适的强震记录,为开展增量动力分析提供最优的输入地震动。然后讨论适用于大型地下洞室群的结构损伤性能参数、地震强度因子的选取,为增量动力分析提供合适的地震强度指标和抗震性能表征。继而立足于现有规范,形成了适用于大型地下洞室群性能化地震动力稳定性评估的2级地震动水平和2级抗震性能水平。最后采用本文的方法及步骤对大岗山水电工程地下洞室群进行地震动力稳定性评估。结果表明,该方法较好地考虑了地震动的随机性,给出洞室群的抗震性能,并可进一步对地震动力稳定性进行概率分析,为大型地下洞室群地震动力灾变失稳提供准则。     

列车振动下隧道基底合理结构型式的研究

采用弹塑性二维非线性有限元法分析了隧道及周围环境在列车振动下的响应，分析中考虑了仰拱的不同结构形式、不同曲率、不同刚度、仰拱与边墙的不同联结方式。根据分析得到的仰拱中和仰拱下部围岩中的应力分布图，评价了仰拱对列车振动反应的影响，认为列车振动下隧道基底结构较为合理的结构形式和措施为：(1)采用矢跨比较大的仰拱；(2)采用较厚的隧底填充；(3)将仰拱、隧底填充和道床用同级混凝土浇灌成为一个整体结构；(4)采用各种排水措施排除隧底以下积水，避免长期振动下引起的岩土液化；(5)采用注浆和安设锚杆加固基底围岩，以提高其强度。