泥-砂岩混合地层隧道施工围岩稳定性数值模拟分析

为了研究富含孔隙水的泥-砂岩复杂地层隧道围岩稳定性，以青岛8号线泥-砂岩混合地层富水暗挖隧道为例，模拟了3种不同孔隙水情况下的围岩变形及应力演化规律，获得了隧道竖直位移(顶板下沉量)、水平位移(边墙移近量)、竖直应力、水平应力以及剪切应力的最大值。并将3种不同孔隙水情况下的数值模拟结果应用到青岛8号线隧道施工中，通过现场监测发现隧道顶板及边墙围岩变形均控制在安全范围内，该数值模拟结果在青岛8号线施工中具有较好的参考作用。     

考虑井帮收敛的深井冻结壁塑性设计研究

合理的冻结壁设计是冻结法成功的前提。为了研究井帮位移收敛量对冻结壁厚度设计的影响，采用柱形孔收缩理论，推导出塑性冻结壁和弹塑性未冻地层力学模型的应力、位移完全形式解，建立冻结壁厚度塑性计算公式；采用两种计算公式和数值模拟方法研究工程案例，并验证新公式的正确性；分析了水平地压、冻土的黏聚力与内摩擦角、未冻土的弹性模量与泊松比、未冻土的黏聚力与内摩擦角等参数对井帮变形和冻结壁厚度的影响规律。结果表明：对于完全塑性冻结壁、弹性地层力学模型，考虑井帮位移收敛影响与否，800 m深处冻结壁厚度相差约8.6%,井帮变形量约0.17;在预测千米表土立井井帮变形方面，新计算式具有一定的理论意义与实用价值。     

隧道爆破振动与不均匀沉降对建筑物耦合影响分析

为研究爆破振动与不均匀沉降对邻近建筑物的耦合影响规律,利用Midas GTS软件建立建筑物—地层—隧道数值计算模型,将爆破振动(动荷载)和不均匀沉降(静荷载)依据荷载叠加原理耦合作用在数值模型中,分析了耦合荷载下建筑物位移变化、建筑物扭曲变形和建筑物应力变化的规律。结果表明:动荷载和静荷载耦合作用下建筑物基础纵、横轴方向的最大沉降量分别为2.60、2.35 mm;位于沉降严重区域的板扭曲变形为1.57×10~(-5) rad/m,相对较小;建筑物各层边柱与梁交界处出现应力集中现象,是施工过程中建筑物的薄弱部位。     

高速铁路浅埋大跨度隧道下穿公路施工安全性分析

成都至贵阳客运专线南厂沟浅埋大跨度隧道下穿公路,重载车辆繁多,对隧道施工安全及道路行车安全造成威胁。采用FLAC3D软件分别对无行车条件下和行车荷载作用下施工过程进行了数值模拟,对比分析了两种工况下的受力及变形,结果表明,行车荷载对该隧道施工影响较小。下穿施工过程及监测数据分析表明,南厂沟隧道下穿公路数值模拟是合理的,为顺利施工提供了有益指导。     

深埋软硬互层盾构隧道施工横断面地表沉降控制方法

深埋软硬互层盾构隧道施工过程中，受其地质情况的影响，易发生横断面地表沉降。为保证深埋软硬互层地质条件下的盾构隧道施工安全，合理控制横断面地表沉降位移，该文提出深埋软硬互层盾构隧道施工横断面地表沉降控制方法。首先分析隧道施工横断面地表沉降特征，确定隧道施工中发生横断面地表沉降的位置；然后使用Kerr模型计算互层盾构隧道变形量，得到施工过程中各个环节的施工荷载上限值；最后根据计算结果，在施工过程中构建大管棚，增加隧道支撑力，并改良软弱层与硬岩层施工技术，控制横断面地表沉降。实验结果表明：该方法可有效控制地表沉降位移。     

不同循环加卸载速率下砂岩的力学特性研究

隧道开挖、矿山开采等工程中均涉及有岩石应力周期性压缩和拉伸现象,施工条件产生的力学效应对岩石结构影响显著。为研究不同加卸载速率下岩石的变形破坏特征,设计了砂岩在单轴条件下非等同加卸载速率循环荷载试验,基于应力-应变曲线、滞回环、残余应变及弹性模量等角度深入分析了砂岩岩体在循环荷载下的损伤、失稳劣化演化规律。结果表明：横幅循环荷载残余应变与循环次数呈对数函数相关,分级循环荷载中每一级的上限应力对应变的改变量要大于下限应力对应变的改变量;残余应变与循环次数拟合结果为同一斜率的线性相关函数;加载方式对岩样弹性模量大小有一定影响,且加卸载速率一致时对其影响最大。     

爆破荷载作用下空洞效应对围岩振动速度的影响

以某高速公路工程的隧道工程为依托,针对隧道爆破施工中空洞效应对围岩振动速度的影响问题,根据能量法和地震波传播规律推导出爆破荷载作用下已开挖区和未开挖区围岩振动速度计算公式,采用有限差分软件模拟不同荷载作用下围岩振动速度的变化规律,并验证了计算公式的准确性。结果表明,空洞效应下的围岩振动速度数值模拟计算结果和计算公式求解结果误差在6%以内; 爆破荷载0.8 MPa作用下,空洞效应影响较大的区域位于距掌子面8~12 m处的隧道拱顶处,距掌子面8 m处的开挖区与未开挖区隧道拱顶处的振动速度差值为2.23 cm/s,商值为1.21倍; 在一定荷载范围内,荷载越大,空洞效应对围岩振动速度影响越明显,已开挖区与未开挖区振动速度差值的峰值距掌子面越远。     

大断面黄土隧道施工及工后沉降数值分析

通过有限元数值计算分析，以黄土区铁路隧道开挖工程为实例，研究探讨了大断面浅埋黄土隧道采用CD法施工期间的衬砌变形与地面沉降，并考虑了衬砌施作时间对施工期间及工后沉降的影响。对于工后沉降分析采用拟静力方法预测隧道在车辆动荷载作用下的沉降变形，所得结论可为黄土区浅埋地下隧道的设计与施工提供参考依据。     

移动荷载作用下连续刚构桥的位移动力响应分析

为研究桥梁在移动车辆荷载作用下的位移动力特性,以某连续刚构桥为计算实例,采用有限元分析软件MIDAS/Civil进行数值模拟及计算分析,分析了行车速度、车辆轴重及行车数量等对桥梁结构位移动力响应的影响规律,为该类桥梁的使用及维护提供理论参考。     

循环荷载作用下岩溶路基土的动力特性试验研究

在现场调查的基础上, 针对高铁通过岩溶区域典型土样, 开展了模拟高铁循环荷载作用下的动三轴试验, 研究了高速列车运行荷载作用下岩溶路基土的动力特性。结果表明, 振动前期土体动应变随着振动次数的增加几乎呈线性增大, 振动后期动应变呈非线性增加, 应变增量逐渐减小, 并最终趋于稳定。随着振动次数的增加, 土体中孔隙水压力逐渐增大, 但总体增加幅值不大; 土体破坏后, 即使振动次数继续增加孔隙水压力也不再增大。因此, 在岩溶地区进行高铁工程建设, 一定要分析不同设计时速产生的高速循环荷载对路基稳定性的影响, 采取有效防治措施, 确保工程建成后列车的正常运营和行车安全。     

分级循环加卸载作用下花岗岩变形破坏研究

以地下深部花岗岩为试验材料,利用GAW-2000微机控制电液伺服岩石单轴试验机进行分级循环加卸载试验,研究在同一递增荷载幅度条件下,试件的抗压强度、变形、破坏特征、残余应变以及弹性模量的变化趋势。结果表明：在单轴分级循环加卸载试验作用下,岩样的峰值强度随着每级循环次数的增加呈现递减趋势,且单调荷载应力-应变曲线包络住循环荷载应力-应变曲线；岩样破坏特征主要以剪切破坏为主,随着循环次数增加,破坏裂纹更加分散；岩样在加载过程中,岩体内部的结构在不断地调整,导致结构面变得密集与裂隙间更加闭合,卸载时回弹变形有滞后现象,加载起点与卸载终点不重合；轴向弹性、残余应变与环向弹性、残余应变随循环次数变化的规律具有相似性,岩样弹性模量曲线的趋势以“波浪形”的规律交替变化。     

小间距TBM隧道施工力学特征及地层变形研究

以小间距TBM隧道的受力变形及地层沉降为研究目标,基于重庆交通轨道环线的TBM区间隧道工程,采用现场监控量测和有限元数值分析的方法,研究了不同间距下管片的内力分布规律及地层变形规律。结果表明,小间距TBM施工下,隧道间距越小,管片受力越大;由于先行隧道提供了有效的反力支撑,右线隧道掘进产生的内力较左线隧道小。监测结果显示,小间距TBM施工下地表沉降曲线呈单凹槽状,研究结论可为类似工程提供借鉴。     

双向交通荷载作用下粉煤灰土动力特性研究

针对传统的粉煤灰土动力特性研究中只考虑单向荷载作用的局限性,将交通荷载简化为双向振动的正弦波形循环荷载,采用FST-200型动三轴试验机进行双向交通荷载作用下粉煤灰土的动三轴试验,分析了径向动应力对粉煤灰土轴向累积塑性变形、动强度和动弹性模量的影响,建立了轴向累积塑性变形与振动次数关系的分段函数数学模型。结果表明：在双向交通荷载作用下,粉煤灰土的轴向累积塑性变形与振动次数、轴向动应力幅值正相关,与径向动应力幅值负相关,施加径向动应力降低了动偏应力,提高了土样的刚度,使轴向塑性累积变形减小;粉煤灰土的动强度、动弹性模量随径向动应力的增加而增大,随振动次数增加而降低;建立的数学模型能够反映粉煤灰土在双向交通荷载作用下的动变形特性。     

小净距隧道施工方法优化研究

以河源洞小净距隧道为工程背景,通过模拟研究比较不同施工方法下的塑性区、位移、应力情况.研究结果表明:侧壁导坑法施工中对围岩开挖次数较多,围岩受到的扰动较大,塑性区范围比台阶法大;在相同的开挖次数下,CRD(中隔墙)法施工产生的塑性区范围又大于侧壁导坑法.对于围岩条件较差的情况,控制位移是施工中应该注意的一项重要工作,侧壁导坑法施工对于控制位移的增量有明显优越性,所以在软弱地层可以优先考虑采用.     

超浅埋段软土地层地铁暗挖区间监测数据分析

在地铁暗挖区间隧道施工中,超浅埋段软土地层隧道结构和地表沉降较大,通过对武汉地铁某标段超浅埋段软土地层第三方监测数据分析,得出超浅埋段软土地层地铁隧道施工引起的隧道结构和地表沉降变形规律并反馈施工及时调整各项支护参数,有效的控制了地表过度沉降,为工程的顺利施工提供了科学的理论指导.     

地层含水率对弱胶结软岩巷道围岩稳定性影响

针对弱胶结软岩的力学性能受含水率影响大,以及在弱胶结地层中开挖巷道后围岩变形大的特点,以内蒙古五间房西一矿为工程背景,基于弱胶结软岩的室内力学试验、XRD矿物衍射分析和液塑限联合测定结果,建立五组不同含水率地层的数值仿真模型,分析弱胶结地层含水率分别为2%、5%、10%、15%和18%时开挖巷道后的围岩稳定性。研究结果表明：当地层含水率较低(≤5%)时,围岩塑性厚度和塑性区体积几乎没有变化,随着地层含水率的增加,围岩塑性厚度和塑性区体积近似呈线性增加；弱胶结地层中巷道围岩的最大变形发生在顶底板,往巷道两帮走,变形逐渐降低,围岩变形随着地层含水率的增加近似呈线性递增,但围岩的主要变形区间受地层含水率的影响不明显。     

冲击荷载下煤系砂岩应变率效应及能量耗散特征

在煤矿巷道掘进过程中,巷道围岩在动载作用下变形将会增大,为研究煤系砂岩在冲击荷载作用下的力学特性及能量耗散,以河南陈四楼煤矿巷道围岩中的砂岩为研究对象,利用直径为50 mm的分离式霍普金森压杆试验装置对煤矿砂岩开展单轴单次冲击压缩试验和循环冲击压缩试验,对冲击荷载作用下煤矿砂岩的应变率效应、能量耗散特征和破坏模式等进行分析。研究结果表明:在单轴单次冲击荷载作用下,随着平均应变率的增加,砂岩试样的峰值应力和峰值应变均增大,割线模量逐渐降低,砂岩试样的塑性增加,强度提高;且峰值应变与平均应变率呈线性递增关系,峰值应力近似与平均应变率的1/3次幂呈递增关系;随着平均应变率的增加,砂岩试样的单位体积吸收能呈线性增加趋势,且试样破碎程度不断增大,在压应力持续作用下砂岩试样内部裂纹不断交叉扩展,沿轴向发生劈裂破坏。在循环冲击荷载作用下,随冲击荷载作用次数的增加,砂岩试样的平均应变率和峰值应变均逐渐增大,峰值应力、割线模量和第2类割线模量均随着冲击次数的增加而逐渐降低;在固定冲击气压下进行循环冲击时,随着冲击次数的增加,入射能基本保持不变,反射能和吸收能均逐渐增大,透射能逐渐减小,砂岩试样的单位体积吸收能随冲击次数增加呈先缓慢增加后突然增加的趋势;在循环冲击荷载作用下,砂岩试样吸收能量的能力增强,随着冲击次数的不断增加,试样内部微裂纹分布增多且扩展速度加快,主要发生受拉破坏,沿轴向加载方向产生贯穿于砂岩试样的环状破坏面。     

极弱胶结地层开拓巷道围岩演化规律与监测分析

针对极弱胶结地层的复杂地质条件,基于岩石力学基本试验及巷道围岩松动圈测试,揭示了极弱胶结地层巷道围岩力学及变形破坏特征;采用FLAC3D 模拟研究了5种巷道开挖后的巷道围岩变形特征及围岩塑性区演化规律,分析了不同埋深和侧压力系数对巷道围岩稳定的影响规律;及时掌握了极弱胶结地层巷道围岩的变形与支护结构受力情况,优化巷道支护设计与指导施工,对巷道围岩收敛变形、工字钢支架受力及混凝土衬砌受力等进行了实时监控量测,监测结果表明,在极弱胶结地层开拓巷道采用工字钢、钢筋网+混凝土衬砌的联合支护方式,有效地控制了巷道围岩的变形和保证了巷道的长期稳定及安全。     

考虑σ2及围岩—支护结构相互作用的隧道力学模型

目前的隧道力学模型未能同时考虑中间主应力σ₂及围岩—支护结构相互作用对围岩塑性区等隧道力学特性的影响。为此,首先采用岩石统一强度理论替代目前常用的Mohr-Coulomb（M-C）强度准则以考虑σ₂对隧道围岩塑性区的影响。其次,针对Kastner方法未能很好地考虑支护前隧道围岩初始弹性位移及围岩—支护结构相互作用的不足,在其基础上,结合圆形隧道实际施工特点,提出了能够同时考虑σ₂、隧道围岩初始弹性位移及围岩—支护结构相互作用的圆形隧道力学模型。最后,通过算例研究了σ₂、隧道围岩初始弹性位移、原始地应力、支护结构刚度和岩石内摩擦角等对围岩塑性区、隧道洞壁位移和支护力的影响规律。研究结果表明：σ₂的影响不可忽略;一定的隧道围岩初始弹性位移可以减少支护应力,但会导致围岩塑性区和隧道洞壁位移的增加;支护结构刚度的增加可以有效减小围岩塑性区及隧道洞壁位移,但会增加支护结构应力;初始地应力的增加将增大围岩塑性区、隧道洞壁位移及支护结构应力;随着岩石内摩擦角的增加,围岩塑性区、隧道洞壁位移及支护结构应力均减小。最后,通过工程实例对模型的合理性进行了验证。     

一种基于应变软化模型的直墙半圆拱巷道开挖计算分析

为研究软岩直墙半圆拱巷道的变形破坏规律,以梅花井煤矿1110208工作面为研究对象,基于应变软化模型来反映软岩的泥化以及膨胀特征,计算了直墙半圆拱巷道开挖后围岩中塑性区及支承压力分布情况。研究结果表明,应变软化模型受巷道围岩中铅直应力影响显著,当埋深较大时,巷道围岩中铅直应力显著增加;基于应变软化模型计算得到巷道围岩中塑性区分布面积显著增大,巷道顶板及顶板中的拉应力分布区也显著增加,应变软化参数对巷道围岩中塑性区分布影响显著;随塑性剪切应变增加,岩石材料内聚力下降幅度越大,巷道围岩中塑性区分布面积越大;应变软化参数对巷道围岩中铅直应力最大值及最小值应变不显著,但对巷道顶板及底板中拉应力分布区影响显著;随塑性剪切应变增加,岩石内聚力下降幅度越大,巷道顶板及底板中拉应力分布区越大。