程潮铁矿多阶段巷道开挖数值模拟

文章以程潮铁矿巷道面积坍塌，尤其是由断层破碎带造成的巷道跨冒破坏为工程背景，采用数值模拟计算的研究方法，着重分析断层破碎带对多阶段巷道稳定性的影响程度. 采用国际先进计算软件 FLAC3.3，对巷道有断层时无支护及锚喷网支护两种工况进行了数值模拟计算，计算结果表明：对关键部位进行喷锚网支护后，有效地抑制了巷道的围岩位移，减小了拉应力和塑性区的大小，提高了巷道的整体稳定性，达到了预期的效果.     

巷道组过断层围岩控制技术研究

以深井巷道组过特大型断层（落差大于100m）破碎带为工程背景,采用数值模拟的办法对比分析了正常地层和断层破碎带中巷道组围岩的力学特征以及相互影响;结合断层破碎带围岩的实际情况,建立了＂早预测、短进尺、弱爆破、强支护、紧封闭、勤量测、防突水＂的断层带施工技术和综合保障体系,形成超前物探、超前加固、微震开挖、分步动态支护等综合配套技术,保证了巷道的施工安全。     

海底隧道施工设计及其数值优化研究

某海底隧道地质条件异常复杂,覆岩被多处断层破碎带相割呈区域性林状分布,高外水压处断层及破碎带施工是隧道安全控制的关键所在．依据该海底隧道的初步设计方案,采用大型数值计算软件FLAC^3D。系统研究了水下岩石完整带和破碎带隧道开挖的稳定性及最优施工方案,分析了不同施工工法及支护参数对岩体变形、破坏特性的影响,并确定了海底隧道主、辅洞开挖相互影响效应,以便为海底隧道工程的施工决策提供量化资料和技术支持．     

海底隧道施工设计及其数值优化研究

某海底隧道地质条件异常复杂,覆岩被多处断层破碎带相割呈区域性林状分布,高外水压处断层及破碎带施工是隧道安全控制的关键所在.依据该海底隧道的初步设计方案,采用大型数值计算软件FLAC3D系统研究了水下岩石完整带和破碎带隧道开挖的稳定性及最优施工方案,分析了不同施工工法及支护参数对岩体变形、破坏特性的影响,并确定了海底隧道主、辅洞开挖相互影响效应,以便为海底隧道工程的施工决策提供量化资料和技术支持.     

淮南矿区某煤矿巷道支护效果数值模拟

结合淮南矿区的生产实际,将有限差分法软件(FLAC3D)引入到巷道稳定性计算中,对巷道不同厚度混凝土支护、不同根数的喷锚支护进行数值模拟计算,探讨围岩变形机理与支护效果.计算结果表明:随着喷射混凝土厚度的增加,巷道围岩变形呈负指数曲线规律下降,应力集中现象明显减弱;喷锚支护随着锚杆数量的增加,应力集中分布区域及最大位移明显减小.     

松软厚煤层综放沿空巷道支护技术数值研究及应用

针对松软破碎厚煤层综放沿空巷道围岩变形破坏特征,建立沿空巷道原始围岩结构计算模型,模拟计算各种不同支护设计方案,优化支护参数,选定安全经济的支护方案.数值计算和现场工业性试验表明,U型钢支架壁后充填技术(顶部充填)能够满足工程要求.     

深部巷道围岩控制原理与应用研究

采用理论分析、数值模拟和现场试验的方法，研究深部巷道围岩稳定问题，认为深部巷道围岩控制的基本方法是提高围岩强度、转移围岩高应力以及采用合理的支护技术．提出了深部巷道围岩控制的基本技术和控制过程：1）应力转移降低巷道浅部围岩应力；2）采用高预紧力、大延伸量的高强度锚杆、锚索支护系统，强化锚固区围岩强度，提高巷道围岩自身稳定性；3）加强巷道两帮、底角支护，提高巷道最薄弱部位（两帮、底角）残余强度、提高巷道围岩的整体稳定性；4）应用高水速凝材料注浆加固破碎区，提高破碎围岩的完整性和力学参数．该研究成果已成功应用于工程实践．     

龙门港口边坡稳定性数值分析

边坡是土木工程中常见的一类构造物,对于基坑支护以及港口的安全来说至关重要．通过对三峡库区龙门港口边坡工程地质条件的分析,结合使用FLAC-3D计算软件和边坡工程稳定性耦合分析系统,对该港口边坡稳定性进行了数值模拟计算．     

不同施工工法对断层隧道的力学响应分析

断层破碎带是隧道施工中常见的不良地质构造,在断层破碎带附近施工时常常会引发围岩失稳甚至塌方等问题。因此依托某高速公路隧道,利用FLAC3D建立三维分析模型,研究施工方法对隧道围岩稳定和支护结构的影响,计算结果表明：在3种施工工法下,断层破碎带位置围岩的拱顶沉降值和拱底隆起值显著大于围岩正常段的,同时初期支护结构在断层破碎带和围岩正常段交界处的受力最大。环形开挖预留核心土工法施工引起的拱顶沉降最大值为51.45 mm,拱底隆起最大值为121.25 mm,初期支护结构的主应力最大值为15.27 MPa,各项数据均优于其余两种工法的对应值,表明该工法对保持围岩稳定效果最佳。现场监测结果也表明断层破碎带附近的拱顶沉降值要大于围岩正常段的拱顶沉降值,在现场施工中要加强断层破碎带位置处的监测并做好安全措施。     

断层破碎带隧道围岩稳定性分析

为研究断层破碎带隧道开挖过程中围岩稳定性以及拱顶沉降变化规律,对某断层破碎带隧道施工过程实施了监控,并采用回归分析的方法预测了该隧道两个断面的最终沉降.以该隧道为原型,基于有限元原理与岩体的弹塑性本构关系,采用ADINA软件,建立了有限元模型并进行了隧道开挖过程的模拟计算并预测了最终沉降.模拟计算结果表明:隧道开挖过程中最大垂直位移始终位于拱顶,上台阶左侧及上台阶右侧土体开挖后,拱顶下沉及周边收敛速率增大.现场监测结果与有限元模拟结果都证实了在断层破碎带围岩中采用预留核心土的隧道开挖方法能够有效控制拱顶沉降并预防塌方、冒顶等事故的发生等.研究成果可为隧道围岩稳定性研究提供理论依据,为隧道施工提供技术支持.     

两郧断裂带十漫高速公路隧道围岩稳定性研究

应用非线性有限元法和施工过程力学的基本原理,研究十漫公路隧道的开挖、支护的原理,根据两陨断裂带的岩体特征,采用分步加载和荷载释放的原理,对隧道的整体稳定性以及围岩和支护结构的受力特征进行了详细分析.由数值模拟结果可知:隧道环向处产生应力集中,且初次衬砌和二次支护结构应力较大;局部断裂破碎带对二道垭隧道的影响较大.因此需要在施工中采用合理的开挖支护方法,确保隧道的施工期及正常运营期的稳定性.     

隧洞破碎带围岩失稳破坏模式及控制措施研究

为了解决在隧洞开挖过程中遇到节理带、断层等软弱破碎岩带时,发生大变形、塌方等围岩失稳破坏等问题,需提前或及时做好围岩支护措施,以确保洞室围岩的稳定及施工安全。本文以长河坝水电站泄洪洞工程为研究对象,通过对现场勘测资料、隧洞开挖施工方案及工程地质条件等的综合分析,确定了软弱破碎带围岩稳定的主要影响因素,提出了隧洞破碎带围岩的典型失稳破坏模式。针对隧洞破碎带处围岩的潜在失稳问题,综合采用超前支护、开挖后及时进行喷锚+钢支撑+锚筋束联合支护,并通过有限元手段对隧洞围岩支护方案的加固效果进行了分析。有限元计算结果表明,隧洞破碎带处经及时加强支护后,围岩变形得到有效地控制,避免了洞室围岩失稳破坏现象的发生;现场监测数据及实施效果也表明及时加强支护措施对围岩稳定控制的有效性。     

山岭隧道塌方处理加固措施及 FLAC3D模拟对比分析

由于在山岭隧道的修建过程中,经常出现塌方事故,结合工程具体情况,从围岩层状分布、雨水侵蚀作用等方面,分析了隧道拱顶出现塌方的原因以及所采用加固措施的有效性;并对塌方周边断面加固前后围岩位移和支护结构应力进行了监测.监测结果表明,隧道拱顶塌方处加固措施行之有效,围岩变形及结构应力得到了较好控制.再利用FLAC3D软件对隧道塌方段进行数值模拟分析,得到的结果与现场监测结果基本一致,这表明加固措施对塌方的处理效果良好.     

软弱围岩地段断层形态对大断面隧道的稳定性影响分析

依托三清高速西山营隧道,采用数值模拟与现场监测的方法,探究断层形态对隧道围岩变形及支护结构稳定性的影响,提出最佳加固方案。结果表明：拱顶沉降最大值随着断层厚度的增加呈“对数”曲线增长趋势,随着断层倾角增大呈“抛物线”曲线分布,当断层倾角达到90°时达到最大;最不利断层形态为倾角+厚度(83°+70 m);进而建立优化加固对比数值模型,得到管棚注浆加固能够有效控制围岩变形,抑制塑性区发展。结合实测数据发现模拟值与实测值相差较小,验证数值模拟结果的正确性。     

软弱破碎围岩深埋隧道拱顶渐进性塌方机理及控制

隧道拱顶塌方事故是近年来隧道施工中造成重大人员伤亡的主要事故类型,危害极大,因此必须掌握隧道拱顶塌方发生机理和演化规律、制定科学有效的控制对策,为塌方事故的防治提供依据。基于上限变分法,建立深埋地层中隧道拱顶塌方模型,研究隧道拱顶塌方范围及其影响因素,进一步建立软弱破碎围岩隧道拱顶渐进性塌方模型,推导渐进性塌方范围全过程曲线,并与模型试验结果进行对比。据此提出了拱顶塌方事故的安全性控制措施,揭示预控制、过程控制两类措施下拱顶塌方安全性控制机理和承载特性,提出支护措施的围岩荷载确定方法。结果表明：隧道塌方宽度L随着初始粘聚力c0和单轴抗拉强度σt的增大而增大,随着重度γ和非线性系数m的增大而减小;隧道塌方高度h1随着抗拉强度σt和非线性系数m的增大而增大,随着初始粘聚力c0和围岩重度γ的增大而减小;基于渐进性塌方过程中围岩物理力学参数逐渐减弱的特性,建立了考虑围岩粘聚力和抗拉强度衰减的隧道拱顶渐进性塌方模型;根据控制机理和目标,将拱顶塌方控制措施分为预控制措施和过程控制措施;围岩的形变荷载和总荷载随着塌方荷载的增大而增大。相关研究成果将为隧道拱顶塌方的预测及安全性控制提供借鉴。     

断层破碎带突水最小安全厚度的筒仓理论分析

隧道临近富水断层破碎带时易发生突水突泥灾害,防突岩盘最小安全厚度的确定是关键问题.为此,基于筒仓理论和极限平衡方法,分别建立隧道轴线与掌子面正交和平行时的断层破碎带突水力学模型并且推导防突岩盘所受地应力的计算公式.在此基础上,得出富水断层破碎带突水突泥的力学判据,并分析断层破碎带宽度对防突岩盘最小安全厚度的影响.最后,将理论研究成果应用于永莲隧道和祁连山隧道工程中.理论分析表明:断层破碎带宽度小于200 m时,断层破碎带宽度对防突岩盘最小安全厚度的确定影响显著.经过计算,永莲隧道的防突岩盘最小安全厚度为7.34 m,实际工程中未预留足够安全厚度而发生突水事故;祁连山隧道F6、F7断层破碎带的防突岩盘最小安全厚度分别为10.22和11.59 m,实际工程中预留了12 m顺利通过断层带,表明理论计算值与工程实际比较符合,具有一定的可靠性.     

浅埋黄土隧道塌方破坏模式及处置技术

以宁夏某浅埋黄土隧道塌方事故为依托,首先讨论分析浅埋黄土隧道的塌方破坏机理及模式,然后根据现场塌方情况,分析案例隧道塌方原因并提出处置方案,最后通过数值模拟和现场监测对其处置效果进行评价。结果表明：黄土自身的易灾性、不良地形地势、浅埋隧道施工扰动以及强降雨入渗共同导致隧道上方围岩形成一定范围的黄土软弱湿陷带,原隧道支护结构无法抵抗劣化后的围岩,围岩变形和结构受力均大幅增加,其中拱顶沉降增大了91.8%,拱肩处初支正弯矩增大了60.7%;黄土地层开挖面失稳破坏可分为掌子面到达软弱湿陷带的失稳破坏和穿越整个软弱湿陷带的失稳破坏两种模式;结合有限元模拟和现场监测验证,“临时支护系统+换拱+超前中管棚注浆加固”的综合防塌方处置技术应用效果显著。     

Energy analysis of face stability of deep rock tunnels using nonlinear Hoek-Brown failure criterion

The nonlinear Hoek-Brown failure criterion was introduced to limit analysis by applying the tangent method. Based on the failure mechanism of double-logarithmic spiral curves on the face of deep rock tunnels, the analytical solutions of collapse pressure were derived through utilizing the virtual power principle in the case of pore water, and the optimal solutions of collapse pressure were obtained by using the optimization programs of mathematical model with regard of a maximum problem. In comparison with existing research with the same parameters, the consistency of change rule shows the validity of the proposed method. Moreover, parametric study indicates that nonlinear Hoek-Brown failure criterion and pore water pressure have great influence on collapse pressure and failure shape of tunnel faces in deep rock masses, particularly when the surrounding rock is too weak or under the condition of great disturbance and abundant ground water, and in this case, supporting measures should be intensified so as to prevent the occurrence of collapse.