长大竖井围岩稳定性有限元分析

对以混凝土为内衬支护结构的长大竖井井筒,采用理想弹塑性材料本构关系及Drucker-Prager屈服准则建立三维有限元模型,对围岩受力及变形特征进行分析,给出围岩的应力与位移分布特征、竖井周边特征点的变形(位移)大小及破坏区的范围;对比讨论了现浇混凝土支护结构不同支护厚度对围岩稳定性的影响,分析计算结果表明围岩稳定性良好,竖井的初步设计是合理的,改变支护厚度对纵向及总位移影响较大,随支护厚度的增加围岩应力分布更均匀。按一定深度建立竖井水平剖面的二维模型对井筒的稳定性进行分析,将二维与三维分析结果进行对比分析,其结果表明二维分析存在较大误差,说明了二维简化分析的不合理性。     

黏土中超大直径顶管开挖面主动极限支护压力计算方法

基于极限平衡思想,提出黏土中超大直径顶管开挖面主动极限支护压力的计算方法。通过数值模拟,对超大直径顶管的破坏模式进行研究;基于破坏模式,推导提出极限支护压力的计算方法;根据实际工程的数值计算结果,验证提出方法的合理性;最后对提出方法的影响因素进行分析,并与其他理论方法进行比较,得到深埋和浅埋的临界深度。研究结果表明,超大直径顶管深埋主动破坏模式为水平圆锥体破坏模式,浅埋主动破坏模式为楔形体破坏模式;1.5倍直径为深埋顶管和浅埋顶管的临界埋深;提出的方法是合理的,而且过程相对简单,适用于实际工程;新方法适用于均质或者层状黏性土中,并且顶管还需在同一土层中顶进;新方法得到的主动极限支护压力值大于极限分析方法,但当内摩擦角接近40°时,得到的结果很接近。     

基于极限分析上限定理的压气储能洞室抗隆起破坏准则

为研究压气储能地下岩石洞室在高气体内压作用下的隆起破坏模式,基于极限分析上限定理,在假设岩体服从相关联的 Hoek-Brown 准则条件下推导洞室隆起破坏函数 f(x)和极限内压 p_u的表达式,考虑到压气储能洞室热力学响应规律,建立其抗隆起破坏设计准则,并且针对影响洞室隆起破坏函数 f(x)和极限内压 p_u的参数进行敏感性分析,结果表明：压气储能洞室在高气体内压影响下的隆起破坏函数 f(x)是一个典型的幂函数,其主要与岩石单轴抗压强度σ_{c i},Hoek-Brown 经验参数 A 和 B 以及洞室埋深 H 有关,随着σ_ci 和 A 增大,f(x)的倾斜斜率逐渐减小,而随着参数 B 增大,f(x)的倾斜斜率逐渐变大;洞室的极限内压p_u 与破坏函数 f(x)密切相关,当σ_{c i},A,H 越大,极限内压p_u 的值也越大,而参数 B 越大,极限内压p_u 的值则越小。对比已有的压气...     

地下压气储能圆形内衬洞室内压和温度引起应力计算

地下压气储能岩石内衬洞室内,不断变化的气体内压和温度引起的应力场是关乎洞室稳定性、耐久性的重要因素,由此提出了一种计算气压和温度引起应力变化的解析方法。将内衬洞室考虑成由密封层、衬砌和围岩组成,首先建立了洞室温度和气压求解的控制方程;利用拉普拉斯变换和叠加原理得到每个循环内洞室温度和气压随时间的变化;采用热弹性模型得到内压和温度引起的应力场。基于解析方法,给出了典型循环周期内洞室应力变化情况;接着通过一个热-力以及洞室气体耦合求解的数值模型以及不考虑密封层和衬砌的温度场解析方法来验证本文方法;最终探讨了温度对总应力的影响程度,以及不同换热系数的影响。结果表明：本文方法是可行的;温度和内压引起的密封层和衬砌内环向拉应力非常大;温度对于压气储能洞室有着不可忽略的作用,温度对于环向和纵向应力的影响程度要大于对径向应力的影响;换热系数对应力变化影响很大。     

压气储能内衬洞室的空气泄漏率及围岩力学响应估算方法

 为评价压气储能内衬洞室的密封性及围岩稳定性,提出一种估算洞室空气泄漏率和围岩应力、位移的方法。该方法以一种计算压气储能洞室温度和压力的简化解为基础,结合高分子材料气体渗透方程和多孔介质径向流方程,还采用无限大平板孔口问题的弹性力学解,通过迭代计算的方式求解出洞室空气泄漏率和围岩应力、位移。通过5个算例对迭代计算方法进行验证,结果表明：该方法可以较为准确地估算压气储能内衬洞室的空气泄漏率以及洞室围岩的应力、位移,并且便于在计算机中编程实现,计算速度优于数值模拟,可以直接应用在压气储能内衬洞室研究的初始阶段(如选址、初设阶段),也可与精细数值模拟的结果相互印证,为后续研究提供指导。     

循环单轴应力和循环温度作用下玄武岩力学性质初探

对玄武岩在循环单轴应力–温度作用下的力学性质进行初步的试验研究。开展应力上限为80%和65%单轴抗压强度、温度上限为60℃和90℃的循环单轴应力–温度试验以及循环后的单轴压缩试验。试验结果表明:循环应力和循环温度作用具有"叠加"效应;循环应力上限为80%单轴抗压强度时,玄武岩随循环次数增加逐渐损伤,在循环中破坏;应力上限65%抗压强度且温度上限60℃时,玄武岩随循环次数增加逐渐硬化,在循环中不会发生破坏;损伤岩样峰值应变经历初始阶段、等速阶段和加速阶段,残余应变具有较大波动性;损伤岩样峰值割线模量先迅速降低,后缓慢降低,在临近破坏时急剧减小,应力上限大时峰值割线模量的降低程度大;应力上限相同,温度上限大的损伤岩样破坏循环数小;硬化岩样峰值应变和残余应变随循环次数增加而减小,峰值割线模量、割线弹性模量和卸载模量随循环次数增加而增大,温度上限大时岩样模量增加幅度小;硬化岩样受循环作用后,抗压强度较初始强度提高;岩石破坏时峰值应力与峰值割线模量定义的损伤因子线性相关程度高。