热力耦合作用下圆形水工隧洞围岩弹塑性解析解

为研究圆形水工隧洞围岩弹塑性区受力特点,基于Mogi-Coulomb强度准则和弹塑性理论,考虑温度和衬砌结构的影响,推导热力耦合作用下水工隧洞围岩应力、洞壁位移和围岩塑性区半径的解析解。依托新疆某高地温水工隧洞工程进行计算分析,对中间主应力系数、温度、混凝土强度、衬砌厚度和围岩应力分布及塑性区半径间的关系展开参数分析。结果表明：温度变化产生的拉应力会使衬砌结构对围岩支反力减小,围岩塑性区半径和洞壁位移有所增大,隧洞岩体稳定性变差;中间主应力系数b对岩体强度影响较大,b=0.5时围岩塑性区半径明显小于不考虑中间主应力时的塑性区半径;提高混凝土强度和增加衬砌厚度在初始阶段都能明显限制围岩塑性区发展,虽后续效果都不佳,但增大衬砌厚度更能限制围岩塑性区发展。     

非线性准则下隧道围岩响应的理论和数值分析

采用Hoek-Brown非线性准则描述岩土破坏特征更能反映岩体固有特点和非线性破坏特征,以及岩石强度、结构面组数、所处应力状态对岩体强度的影响。首先,通过理论分析,得到了围岩开挖后应力和变形情况;然后,利用数值计算软件,建立了Hoek-Brown准则下隧道的数值计算方法和计算模型,分析了隧道在开挖情况下的应力变形情况,得到围岩的径向应力、切向应力、剪应变分布、塑性区分布和位移情况,并将数值计算结果与理论计算结果进行对比,结果表明:①隧道开挖引起岩体的扰动,使其从平衡状态转为不平衡状态。随着时间的推移,不平衡力逐渐在岩体中消散均化,岩体的扰动逐渐减小,最终趋于平衡。②数值解均略大于理论解,但二者差别十分微小,从而验证了数值方法的正确性。     

岩体力学强度参数选取方法研究

在工程岩体数值模拟中,为了选取合理的岩体力学参数,克服传统经验折减法的不足,文章引入模糊数学法对所用岩石的力学强度参数进行折减。取某矿一条代表性矿脉的4种岩石,通过室内劈裂拉伸试验、抗压和剪切等试验获得了这4种岩石的力学强度参数;采用文中方法进行计算,求得折减系数,由此得到新的岩石力学参数。根据计算所得的岩体力学参数,运用FLAC 3D对该矿700中段运输大巷巷道开挖不支护和实施锚喷支护后的围岩塑性区分布进行数值模拟,其模拟结果与现场观测的情况基本一致,表明该方法是一种有效合理的方法。     

基于蠕变终止轨迹的巷道围岩粘弹塑性分析

引入稳定巷道围岩中的峰值应力为一定围压下围岩的长期强度的观点,将巷道围岩分为弹、塑性区;考虑围岩流变、塑性扩容及中间主应力的影响,基于Drucker-Prager准则对圆形巷道围岩的弹塑性进行了分析,推导出相应的应力、位移及塑性区半径的解析解;考虑岩体特征值(E,μ)与时间和应力有关,基于西原模型采用Laplace变换法对所得结果进行了修正,得到围岩粘弹性位移解;在相关文献试验基础上,进行了实例计算并与ABAQUS模拟结果对比。结果表明:围岩流变特性对巷道变形及塑性区的扩展具有重要影响,以一定围压下围岩的长期强度为巷道围岩应力峰值,能够在一定程度上反映围岩流变特性对巷道围岩变形的影响,符合工程实际;粘弹性位移与数值模拟解吻合较好。本研究对巷道长期稳定性理论及地下巷道支护具有一定的参考意义。     

边坡岩体力学参数反分析方法

为了提高数值计算结果的可靠度,基于正交设计、差分法和人工神经网络建立了新的边坡岩体力学参数反分析方法. 按照正交设计要求,选定反演参数的水平,确定数值模拟方案;用FLAC2D差分程序计算得出相应的神经网络分析样本;对RBF神经网络进行训练;利用现场监测位移,对某露天矿边坡岩体的力学参数进行神经网络反分析. 反分析结果与理论值的误差很小,满足精度要求,表明该反分析方法的可行性和精确性.     

BP网络在双连拱隧道围岩参数反分析中的应用

该文以模拟隧道开挖的有限元为正演工具,通过BP神经网络,对在隧道工程施工过程中量测到的围岩位移进行反分析,确定出围岩岩体的力学特性参数,从而可以通过数值分析方法对隧道围岩稳定性作出合理的评价和符合实际的预测,使得现场量测结果能更加有效地应用于隧道工程的施工决策．     

考虑外水压力的衬砌与围岩受力分析的解析法

针对我国现行水工隧洞设计规范中将外水压力视为面力通过折减系数进行简化计算与实际不符的情况,推导将外水压力视为体力,考虑地下水作用的衬砌与围岩应力位移解析解.分析隧洞渗透水压力在施工期的分布规律,并利用有限环变形协调法、计入渗透力的平衡微分方程,推导衬砌与围岩的应力、位移弹性解析解.最后以某一工程算例进行分析,研究结果表明,岩体混凝土渗透系数比值对于衬砌和围岩的应力位移有较大影响,将外水压力视为体力进行计算能节省工程材料,更符合工程实际.本文为衬砌与围岩应力位移解析解提供了理论依据,对工程设计有一定的参考价值.     

应变软化圆形隧道围岩的逐步量纲一化应力分析方法

基于线性Mohr-Coulomb强度准则,采用量纲一化分析方法,改进应变软化围岩应力位移求解的逐步应力分析法。通过将软化围岩塑性区分为有限个圆环,对每个圆环求解其应力和应变增量,得到软化围岩应力和位移解。利用现有的理论解验证该方法的正确性和可靠性。通过数值计算和参数分析,揭示部分参数对围岩应力和位移的影响规律。研究结果表明:当圆环数量n=500时,逐步量纲一化应力解与精确解吻合度较高;塑性区随临界塑性应变偏差?p*增大而减小,当p*?增加到某一定值时,围岩内部不存在残余区;塑性半径及围岩位移随着p*?的减小而不断增大,当?p*为0时,软化围岩近似于脆性状态。     

工程岩体力学参数的模糊选择

利用模糊数学对工程岩体给出模糊综合评判。以此,对围岩计算参数提出了一种较简便的确定方法,可供围岩数值分析使用。     

基于数值方法的大型地下硐室松动圈推算

地下硐室的开挖将导致岩体应力应变状态的改变及塑性区的产生,开挖导致的围岩松动圈将是贯穿开挖支护及安全运行整个过程的重要问题。松动圈厚度又是决定地下硐室支护设计的因素之一,因此在松动圈与其决定因素间建立函数关系用于计算推导围岩松动圈厚度具有重要意义,不仅可以为支护设计提供参考数据,还能够对工程现场实测得到的松动圈厚度做检验对比。本文基于三维数值模拟,结合数学方法在大量参数组合基础上回归推导出松动圈厚度与地应力,岩体强度,模量间的关系,并用实际工程数据进行验证。     

甘肃省科技期刊品牌建设的思考

地下硐室的开挖将导致岩体应力应变状态的改变及塑性区的产生,开挖导致的围岩松动圈将是贯穿开挖支护及安全运行整个过程的重要问题。松动圈厚度又是决定地下硐室支护设计的因素之一,因此在松动圈与其决定因素间建立函数关系用于计算推导围岩松动圈厚度具有重要意义,不仅可以为支护设计提供参考数据,还能够对工程现场实测得到的松动圈厚度做检验对比。本文基于三维数值模拟,结合数学方法在大量参数组合基础上回归推导出松动圈厚度与地应力,岩体强度,模量间的关系,并用实际工程数据进行验证。     

大断面地下结构粘弹塑性有限元解析

将力学分析用于复杂的工程施工领域是当前计算技术的重大发展,对指导大型地下结构物的设计和施工具有重要的实践意义。本文试用粘弹塑性理论模拟隧洞围岩与支护混凝土材料的蠕变性状,按材料非线性数值分析研究了某水电站地下厂房洞室工程就分部开挖程序施工的有限元方法.本文着重探讨了岩体性态随时间的变化,并评价围岩的稳定性。此外,还讨论了各施工阶段围岩—衬砌支护系统与时间有关的相互作用及其受力特点。计算程序和成果便于在工程实践中采用.     

洞室围岩二维粘弹性反演计算的边界单元法

本文提出了一种反演确定围岩初始地应力及其参数的新方法,包括描述岩体变形的粘弹性时间效应的参数的反演确定。文中在假设围岩的性态服从三单元粘弹性模型以后,依据现场量测信息建立了反演计算的方程组,包括进行线弹性反演计算的虚拟应力法方程,以及确定参数E_2和η_2的反演计算方程。此外,文末还给出了算例验证,以及以这一方法进行的工程实例计算分析与讨论。     

弹脆塑性软化本构理论的特点及其数值计算

对大型复杂工程岩体结构，其材料的宏观力学性能的变形劣化是结构在外界条件作用下变形增加和稳定性降低的主要因素之一。本文通过引入应力跌落时发生各向同性软化的假定，给出了完整的弹脆塑性本构积分的数值格式和增量型弹脆塑性有限元求解算法。由典型结构的数值解与相应的解析解比较可见，本文数值解的精度是令人满意的。这说明本文弹脆塑性本构积分数值格式是合理的、有效的。所设计的有限元计算程序能够用于弹脆塑性材料组成的结构的力学行为的分析。     

裂隙围岩弹性力学参数反分析与验证

以浙江某穿山隧道为工程背景,通过二次开发,建立UCODE软件与有限元软件之间接口程序,对隧道裂隙围岩弹性力学参数—围岩弹性模量E及泊松比υ,进行反分析计算,反分析计算设置四组待定参数初始值。迭代计算结果表明,对于不同的参数初始值,反分析结果收敛于同一组解,验证了反分析算法的稳定性。通过将围岩参数反分析结果与设定值比较,其相对误差分别为2.17%和2.53%,均满足反分析精度要求。     

考虑岩体损伤和注浆加固效应的单元稳定性

为了研究注浆对节理岩体损伤的加固效应,从微观角度出发,引入岩体修复因子的概念,构建考虑岩体损伤和注浆加固效应的单元安全系数,以判断岩体的稳定性;然后,利用FLAC3D软件建立数值计算模型,采用FISH语言二次开发单元安全系数程序,得到隧道开挖后围岩不同部位的单元安全系数,将其与FLAC3D软件所得的的塑性区分布进行对比.研究结果表明:单元安全系数Fs≤1的区域与FLAC3D计算得到的塑性区分布范围一致,验证了所推导的单元安全系数计算公式以及自编程序的正确性.     

遍布节理模型在层状岩体模拟中的适用性研究

为弥补遍布节理模型未考虑节理长度、间距及节理刚度的不足，利用三轴压缩数值试验和参数校准准则，对有限差分软件FLAC3D中的遍布节理模型进行参数校准. 通过圆形洞室开挖的算例，对比分析了遍布节理模型与3DEC块体离散元模型的计算结果在位移、塑性区以及最大主应力上的差异. 依托具有典型层状围岩的新华山隧道工程，采用校准的遍布节理模型和离散元方法分析隧道开挖和初期支护后的力学响应. 最后探讨了层理角度对围岩变形和塑性区的影响，进一步验证校准后的遍布节理模型在工程中的适用性. 研究表明，经过校准的遍布节理模型能够较好地描述层状岩体的各向异性行为，可应用于类似工程之中.     

爆炸荷载作用下岩体振动特性的 DE-FLAC3D数值模拟方法

针对岩体爆炸数值模拟中爆炸荷载参数与岩体振动阻尼参数等计算参数难以确定的问题,将具有收敛速度快、易于实现和全局寻优能力强等优点的差分进化算法(differential evolution, DE)算法融入三维快速拉格朗日差分法(FLAC3D)岩土工程数值计算程序,提出了爆炸荷载作用下岩体振动特性的 DE-FLAC3D数值模拟方法. 该方法从爆炸荷载参数和岩体振动阻尼参数的随机值出发,以岩体质点振动速度随时间变化过程的数值计算值与现场实测值的误差作为适应度,利用DE算法规则实现爆炸荷载参数和岩体振动阻尼参数耦合模式的合理进化,进而实现计算参数的快速自适应辨识. 龙滩水电站地下厂房爆炸开挖振动试验数值模拟研究结果表明,该方法是可行的,显著提高了岩体爆炸效应数值模拟结果的精度.     

硬岩的复合黏弹塑性流变模型

基于应变软化模型得到塑性元件,将该塑性元件与六元件黏弹性流变模型组合得到适合于硬岩的复合黏弹塑性流变模型。采用FLAC3D所提供的二次开发接口程序,开发复合黏弹塑性流变模型的数值程序,对锦屏二级水电站的绿片岩单轴压缩蠕变试验曲线进行拟合,采用拟合得到的参数进行计算以验证接口程序的正确性,并对锦屏二级水电站辅助交通洞进行工程流变计算分析。研究结果表明:复合黏弹塑性流变模型具有程序可置入性,采用该模型进行计算时,计算值与理论值完全一致,从而验证了接口程序的正确性;辅助交通洞开挖后,围岩体的最大变形出现在边墙位置,随着时间的增加,边墙位置处围岩体内的位移和最大主应力呈增加的趋势。     

白水隧道围岩力学参数敏感性分析与智能反演

以石黔高速公路白水隧道为例,采用敏感性分析与数值模拟相结合的方法计算出隧道围岩各力学参数的敏感度,确定影响隧道变形的主要力学参数。首先,基于正交试验设计构造BP神经网络的样本,建立待反演参数与围岩变形的非线性映射关系,将现场监控量测实测值作为输入样本,得到围岩力学参数。然后,将反演得到的力学参数代入到数值模拟中,计算出隧道围岩变形值,对比分析实测值与计算值。结果表明,两者误差较小,这说明该方法应用于该工程的可行性。