基于GeoSMA-3D隧道建模及坍塌破坏分析

针对隧道围岩的非连续特性,结合李家营隧道工程实例,在现场岩体结构面调查和体表信息采集的基础上,利用自行开发的GeoSMA-3D程序建立了该隧道三维数值模型,搜索隧道开挖诱发的关键块体.将所建立的空间模型导入非连续变形分析方法DDA,并进行开挖过程的计算分析,模拟了该隧道在无工程措施情况下围岩坍塌破坏全过程,为工程施工和...     

公路隧道连拱段节理围岩位移变化分析研究

因工程岩体中节理、断层、裂隙等弱面较为发育,致使在许多对大型地下洞室群围岩稳定性研究中很难全面考虑各弱面对稳定性的影响,因此通过引入节理模型,同时考虑岩块和节理属性,可以使研究更加符合岩体状态及工程实际。本文依托重庆市某公路隧道,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,以连拱隧道断面为例,通过选取一个隧道断面,根据不同的地质岩层和上部不同建筑物的分布情况,利用二维离散元软件UDEC通过荷载分析、建立模型、位移分析对公路隧道连拱段节理围岩稳定性进行分析研究。     

岩体隧洞三维快速建模及关键块体分析

是否合理考虑工程岩体结构面的特性是衡量建立数值模型计算结果的关键。本文提出利用3DMAX三维建模功能,建立岩体隧道三维数值模型,并引入到自主开发的GeoSMA-3D系统,充分挖掘GeoSMA-3D系统的非连续结构体搜索关键块体功能。成功实现3DMAX与GeoSMA-3D系统的接口,将所建立的几何模型可以准确和顺利的导入GeoSMA-3D系统。并利用GeoSMA-3D搜索节理岩体隧道中的关键块体,为工程后续施工和支护提供参考。算例表明,利用3DMAX建立工程隧道的空间几何模型,导入模拟系统后图象表征围岩块体分布情况,并搜索出相应的关键块,系统直接给出了关键块体的体积、方位等信息,对于类似和后续岩体隧道分析具有重要应用价值。     

基于数字摄像测量的开挖空间模型及不稳块体的快速识别

开挖空间模型构建和不稳块体识别是岩体稳定性研究中非常重要的基础性研究课题.采用数字摄像测量技术可快速获取现场围岩结构面信息,建立围岩开挖空间模型.在此基础上,提出一种新的块体识别方法,即将岩体划分为小的块体单元,然后依次添加结构面,对块体单元进行切割,最后去除网格合并块体单元形成形态复杂的空间块体模型.运用该识别方法对丹东-大连高速公路隧道工程的不稳块体进行快速识别,结果显示:该方法具有较强的通用性和可靠性,有助于岩体隧洞开挖过程中超前预报和加固方案的优化.     

裂隙岩体隧道施工关键块体识别数值方法

基于块体理论及相关文献,在拓展"有向性"原理基础上提出裂隙岩体隧道施工诱发关键块体识别三维数值方法.通过三维结构面网络模拟、结构面交线及封闭回路分析、块体搜索、三维数值模拟滑落等过程,形成全空间块体拓扑搜索的三维数值方法.算例分析及正确性检验结果表明,该方法可以对众多结构面切割下,形成的数量多、形态异常复杂的块体(包括凹形体)进行正确有效搜索,显示该方法具有较强的通用性和可靠性.     

节理岩体结构的分形几何研究

在岩体结构宏观分区的基础上,应用分形几何的观点从三维角度对分区内的岩体结构进行了研究。应用随机不连续面三维网络模拟技术建立岩体结构统计均质区内不连续面的概化模型,借助计算机模拟再现岩体结构;从岩体结构网络图中抽取“样本”,通过计算二维、三维样本的分形维数,表明三维分形维数等于二维分形维数加1,从三维角度表明统计均质区内岩体结构具有统计自相似性。     

高速公路隧道施工动态监测与有限元数值模拟分析

以广贺高速公路某隧道工程为背景,在现有隧道动态监测与数值模拟的基本理论方法的基础上,建立有限元模型,研究了隧道施工过程中围岩的位移变化规律。通过数值成果与隧道围岩位移实测值的比较,认为数值模拟分析中得到的施工过程中隧道围岩位移场变化规律基本与实际相符合,从而便于更好地开展施工监控和施工指导工作。     

水工洞室围岩稳定性的非连续变形分析

采用块体系统分析方法,针对岩体结构面的材料非连续性、变形的非连续性以及大变形等特征,建立了水工洞室开挖稳定性分析的非连续交形分析模型,并以某大型水电站地下厂房为例,模拟了洞室开挖.计算模型详细模拟了围岩内的各条断层,并采用统计模型生成各组节理,按试验资料确定其非线性参数,通过分析,得到了开挖后围岩的应力场和位移场.     

茶林顶隧道地应力演化及断层带施工力学分析

结合复杂地质条件下茶林顶隧址区的山体演化过程,进行了地应力场的二维有限元数值模拟,获得其原始地应力;以隧道最大埋深处断层典型断面为例,建立了隧道施工穿过断层带过程的空间三维数值模型,模拟了隧道围岩一支护结构的位移应力随施工步的变化情况。为隧道优化设计和安全施工提供了依据。     

茶林顶隧道地应力演化及断层带施工力学分析

结合复杂地质条件下茶林顶隧址区的山体演化过程,进行了地应力场的二维有限元数值模拟,获得其原始地应力;以隧道最大埋深处断层典型断面为例,建立了隧道施工穿过断层带过程的空间三维数值模型,模拟了隧道围岩-支护结构的位移应力随施工步的变化情况.为隧道优化设计和安全施工提供了依据.     

大跨径隧道围岩的快速分级与稳定性分析

通过某高速公路大跨径隧道的现场实勘,采用BQ围岩分级和CSIR分类法对将要变更隧道段围岩快速动态分级,结果表明,围岩质量好于Ⅳ级但是比Ⅲ级稍差。采用赤平极射投影和实体比例投影法对本段隧道定性定量分析,结果印证拱顶不稳定结构体为可能塌落体积为44.4 m³斜四面锥体落石。对围岩位移与支护结构应力的数值分析结果亦表明最大位移出现在拱顶,两种分析结果相互印证。据此对施工隧道进行了设计变更和优化,获得了良好的效果。     

基于神经网络的隧道围岩位移反分析研究

根据重庆鹰嘴岩隧道现场监控量测资料,基于BP神经网络理论,进行了公路隧道围岩位移反分析研究。首先利用FLAC3D对隧道开挖衬砌过程进行模拟分析,建立各围岩参数组合与位移计算值的对应关系,形成用于神经网络训练和检验的样本,通过训练样本和检验样本分别对网络进行训练和检验,得出较为理想的位移反分析模型;然后通过此模型根据重庆鹰嘴岩隧道现场监控量测的围岩位移资料对有关围岩稳定性的力学参数进行了反演,为隧道围岩稳定性评价分析提供了重要的力学参数。     

断层错动作用下隧道衬砌围岩破坏机理研究

依托西南地区某跨断层隧道工程背景,对断层错动下隧道围岩结构影响开展相似模拟试验和数值模拟研究。综合工况及试验条件,对一般三维模型装置和光纤监测布置等进行设计,试验装置可以更好地反映断层蠕滑错动作用下衬砌-围岩-断层带的动态关系及衬砌结构的损伤破坏特征。结果表明,隧道结构对围岩体有一定程度的“追随性”和“抑制性”,断层错动,整个模型结构内部应力重新分布,随着垂直错动量增加衬砌结构损伤破坏影响范围增大。错动影响下,衬砌结构各部分变化不一,左拱肩处破坏尤为严重,需注意拱肩处衬砌结构的塑性破坏。通过数值模拟试验对错动下跨断层隧道的影响进行进一步的研究,结果表明,围岩及衬砌结构的变形破坏趋势与相似试验相同。     

海底隧道流固耦合模型试验系统的研制及应用

 围岩与水体的流固耦合作用对海底隧道的稳定性具有重要影响,很有必要开展流固耦合模型试验研究。根据流固耦合模型试验的特点,研制可用于模拟准三维平面应力和平面应变的新型流固耦合模型试验系统。该系统的整体尺寸为3.4 m×3.0 m×0.8 m(宽×高×厚),由钢结构架、钢化玻璃试验箱和水压加载装置组成。其中钢结构架由6榀可独立操作的高强度合金铸钢构件通过高强螺栓连接组合而成;钢化玻璃试验箱结构,既能保证试验要求的密封性,又便于可视化观察施工过程中海底隧道围岩渗流、变形特征。同时,采用研制的新型流固耦合模型试验系统和独立研制的新型流固耦合相似材料依托青岛胶州湾海底隧道开展流固耦合模型试验研究,揭示海底隧道施工过程中洞壁压力和围岩位移场、渗流场等的变化规律。研究方法技术及结果对类似工程研究具有一定的指导和借鉴意义。     

深部巷道块系围岩分析模型及稳定性探讨

深部岩体具有典型的不均匀、不连续的自应力块系等级构造结构。由于浅部巷道围岩应力场分析是基于连续介质力学理论,没有考虑岩体的块体特性,因而无法应用于深部巷道块系围岩的应力场分析。考虑到深部巷道块系围岩破坏类型主要表现为峰后岩块沿软弱接触面的剪切滑移破坏,通过建立深部巷道的平面应变块系围岩模型,得到了轴对称条件下岩块相互作用的解析解;分别假设岩块之间的接触满足刚塑性和Mohr-Coulomb屈服条件,推导得出上述两种屈服条件下的块系围岩模型和连续介质模型的围岩支护力的计算公式。对比分析表明:围岩块体构造特性对深部巷道施工和承载力设计计算有重要的影响;通过假设块体间剪应力与剪切滑移满足分段线性关系,得到了块系围岩径向位移,剪应力和剪切滑移量的解析表达式,引入无量纲化的深部巷道块系围岩稳定性参数λ,并得出当λ<1时块系围岩是稳定的,当λ>1时块系围岩是不稳定的。     

特长山岭隧道衬砌监测及模拟研究

 在新奥法的隧道设计理念中，现场的监控量测工作是必不可少的重要组成部分。监控量测不仅能准确反映围岩的稳定性，而且通过对监测数据的分析及在此基础上的数值模拟工作，可以较好地优化隧道的衬砌结构，从而使动态设计、信息化施工成为可能。为实时掌握隧道施工期间的围岩变形和支护结构的受力特点，某特长山岭隧道进行以应力监测和位移监测为基础的全程监控量测工作。并以应力监测为基础，采用有限元软件对隧道衬砌结构在不同级别围岩中的受力状态进行模拟，以监测位移值做标准，对数值模拟结果的正确性进行验证。计算出不同衬砌结构在相应级别围岩中的临界荷载，以指导现场监控量测工作。从而保证隧道的施工安全并优化衬砌设计，为后续工程的设计提供指导。     

隧道围岩的复合结构特性及其荷载效应

 基于地层岩土体的结构性和工程扰动特点,建立复合隧道围岩结构模型,提出围岩结构稳定性及其荷载效应的计算方法,实现荷载结构模型与地层结构模型的耦合。隧道施工引起的应力释放伴随着应力的转移,通常是由围岩中的压力拱实现传递的,表现出围岩的渐进破坏特点,按其稳定性特点可将围岩分为浅层围岩和深层围岩;深层围岩破坏的不连续性和阶段性本质上是由其分组特性所致,而每一组围岩则呈现同步或几乎同步运动的特点,并且一组围岩的失稳随即在其外侧形成一组新的岩层结构,用以维持其外部围岩的稳定,表现为随时空转化的复合拱结构模式;每组深层围岩通常是由“结构层”和“荷载层”构成,其中分层厚度较大、强度和刚度相对较高的岩层作为结构层控制着整组围岩的稳定性,通常位于围岩组的内侧,而厚度较小、强度和刚度也较低的岩层则作为荷载层而作用在结构层上。揭示结构层的失稳机制并给出相应的判据;明确提出复合隧道围岩结构的荷载效应是由浅层围岩的给定荷载和深层围岩的形变荷载组成,给定荷载取决于浅层围岩范围和性质,而形变荷载组取决于对结构层控制位态和传力岩层的刚度条件。     

平面三向应力场中隧洞位移解及变化规律研究

为了揭示复杂应力场中隧洞围岩位移变化规律,基于平面三向应力场中圆形隧洞析解理论,推导了平面三向应力场中隧洞围岩位移解析解,并通过Matlab软件编程,研究了围岩位移随应力场环境的变化规律.结果表明:平面三向应力场中各因素对塑性区半径的影响规律与双向应力场中相似;平面三向应力场中当应力场比例系数λ1=1.0,λ2从1.0...     

斜坡道节理岩体损伤力学分析

利用损伤力学分析节理岩体的力学特性,对于岩体的不连续性研究从统计上模拟结构面分布状态的方法,对悦洋银矿（武平紫金）230斜坡道岩体节理损伤分析,求得斜坡道围岩的变形状况,为支护手段与参数分析提供理论依据。