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.     

岩溶充填黏土注浆加固试验研究

岩溶充填黏土失稳是岩溶隧道突水突泥灾害主要类型之一,为研究注浆对岩溶充填黏土的加固机制与效果,自行研制一套室内注浆试验系统。该试验系统主要由围压加载系统、数据采集系统、注浆模块以及压力室模块构成,具备模拟真实地层应力状态、渗流环境的功能。利用此试验系统模拟岩溶腔体真实赋存环境,开展充填黏土在不同初始密实度、注浆压力下的注浆试验,并对注浆加固试样进行力学、渗透特性试验。结果表明:(1)试样密实程度影响启裂压力,当试样孔隙度由37.5%减小到35.5%时,启裂压力由0.49 MPa增长到1.22 MPa,注浆压力小于启裂压力时,浆液主要以挤密形式进入土体,当注浆压力超过启裂压力,土体进入劈裂注浆阶段;(2)浆液加固形式与扩散半径主要受注浆压力与注浆量控制,试样应力状态决定劈裂注浆扩展方向;(3)注浆通过对土颗粒的挤密、劈裂、化学胶结及压滤作用,使黏聚力与渗透系数明显改善,注浆终压达到3.5 MPa时,试样黏聚力较注浆前平均提高84.26%,渗透系数平均下降93.97%;(4)注浆在加固土体的同时,也改变内部原有结构,随着注浆终压的增大,注浆量的增加,土体应力–应变曲线逐渐表现出应变软化特点。试验结论对岩溶充填黏土注浆加固机制的认识及现场注浆工作有一定借鉴意义。     

自由液化场加速度反应数值试验

场地液化除引起场地失稳和沉降外,也会对场地加速度反应产生重要作用。基于Finn模型实现自由场液化数值模拟试验,研究典型液化场加速度反应问题。研究结果表明:液化场加速度反应幅值与输入加速度幅值有关,液化场加速度放大倍数随输入地震动的增大而减小;液化场加速度反应大小与输入频率有很大关系,可液化场加速度反应的频率特征为:低频输入加速度反应幅值放大、高频输入反应幅值缩小,低频强化效应明显大于高频弱化效应;干砂弹性场也有低频放大高频滤波效应,但没有液化场显著;对于低频激振,若可液化场加速度经过放大且场地发生液化,场地加速度则衰减,若可液化场加速度经过放大但场地仍然未液化,场地加速度则维持稳态受迫振动状态;弹性场加速度反应从下到上逐渐增大,地表面放大最显著,液化场加速度放大在场地腰部最显著;高幅值输入易掩盖液化场加速度反应频率特性,低加速度幅值、低频输入下液化场的频率特性较明显。液化场地下结构抗震设计采用常规弹性场加速度反应系数,则会导致地下结构处于不安全状态。研究成果为液化场地下结构动力分析提供理论及试验基础。     

泥质粉砂岩高围压三轴压缩松弛试验研究

高应力条件下应力松弛特性是岩石长期力学特性研究的重要方面,开展了泥质粉砂岩围压为15~35 MPa的三轴松弛试验研究。高围压下应力松弛曲线的分析表明,岩石的应力松弛可以分为衰减松弛和稳定松弛两个阶段。当松弛初始应力水平较低时,试样主要以衰减松弛为主,很快趋于稳定,当松弛初始应力水平接近岩石峰值应力时,应力松弛明显增大,并出现明显的稳定松弛阶段。不同围压条件下,试样松弛曲线对比分析表明,松弛初始应力水平较低时,岩石处于黏弹性阶段,围压对岩石松弛特性的影响相对较小,随着松弛初始应力水平的增大,当应力水平接近峰值应力时,岩石的应力松弛将随围压的增大而减小。基于三轴松弛试验结果的分析,建立了能够反映泥质粉砂岩三轴松弛特性的西原模型,并验证了模型的合理性。     

特殊地质区域海底隧道长期稳定性研究

根据F4风化槽强风化花岗岩的三轴流固耦合试验以及三轴流变试验成果,建立Mohr-Coulomb模型来描述风化槽岩石的弹塑性硬化及塑性流动行为,采用Nelder-Mead最优化方法得到力学模型各参数。应用三轴流变试验建立强风化花岗岩的非线性流变模型并拟合相关流变参数,在此基础上将流固耦合流变模型编制Creep子程序嵌入到ABAQUS软件。通过现场反演证明试验所得模型与参数可以很好地描述实际的情况。根据反演的围岩力学参数,模拟海底隧道F4风化槽段(ZK8+900m)隧道结构的长期稳定性,为海底隧道的设计和运营管理提供理论依据。     

大型地下洞室围岩体蠕变参数位移反分析研究

工程岩体蠕变参数的反演是大型地下工程围岩体稳定性分析中的一项重要研究内容.以锦屏二级水电站地下厂房为研究背景,根据现场施工得到的动态监测资料,通过建立能反映实际施工开挖顺序的计算力学模型,采用精确罚函数法以及Nelder-Mead优化算法相结合的有限元位移反分析计算程序,对地下厂房围岩体蠕变参数进行反演研究.结果表明:反演位移值与现场实测值非常接近,绝大部分反演结果与实测值误差均在8%以内,反演结果较为理想;并得到了围岩体开挖蠕变后的合理应力变形特征.研究成果为地下洞室群的长期稳定性和可靠性研究提供理论依据.     

核废料地下储库围岩长期水力响应特征

黏土岩由于其低渗透性和损伤自修复等特性,被认为是一种合理的高放废物处置地质屏障。以黏土岩为研究对象,结合相关室内试验和现场监测成果,在总结黏土岩蠕变变形规律的基础上,考虑蠕变过程中的损伤和应变累积,建立黏土岩非线性蠕变损伤本构模型,并将其应用于比利时核废料地下实验室长期水力响应特征分析。研究结果表明：(1)非线性蠕变损伤本构模型能较好地反映黏土岩的非线性蠕变损伤过程;(2)巷道开挖对巷道洞周围岩水力性质影响显著,洞周附近围岩变形增大、孔隙水压力迅速减小;(3)围岩变形与开挖巷道距离和流变时间密切相关：随着与巷道距离的增大,开挖对巷道洞周附近围岩变形、孔隙水压力的影响逐渐减小,而随着时间的增长,巷道洞周附近围岩变形、孔隙水压力逐渐增大;(4)高放废物处置库衬砌的蠕变变形规律与现场监测结果相吻合,验证了模型的可靠性。研究成果将为我国未来黏土岩核废料地下储库的建设和稳定性评估提供重要理论依据。     

临海浅埋富水地层明挖隧道抗浮稳定性研究

根据港珠澳大桥珠海连接线的关键控制工程拱北隧道的特点,对海域明挖基坑深度较浅段落,通过建立三维复杂数值计算模型,考虑桩土的相互作用,模拟抗拔桩的实际负摩阻力工作机理,分析了抗拔桩在不同参数方案下的变形和受力特征,得到以下结论：①考虑底板抗拔桩不同参数方案,抗拔桩在底板抵抗扬压力上浮时发挥的作用显著,能有效的降低底板隆起最大值;②增加桩长和桩径都能够有效提高抗拔桩提供的抗浮效果,增加抗拔桩的桩长在控制底板在扬压力作用上浮隆起效果更加显著;③抗拔桩的不同参数对连续墙的水平位移以及地表沉降槽的影响很小,抗拔桩对抵抗基底隆起的作用比较大。     

三维动静组合加载下花岗岩能量耗散试验研究

利用改造的三维霍普金森试验系统(split Hopkinson pressure bar, SHPB),选取4个轴压水平(25, 50, 75和100 MPa)和4个围压水平(0, 5, 10和15 MPa),对应开展4种应变率(约70, 90, 110和130 s^-1)下花岗岩三维动静组合加载试验研究,分析静载轴压、静载围压和应变率对花岗岩受冲击过程中能量耗散的影响规律,并讨论其破坏模式。试验结果表明:轴压增大时,花岗岩破坏时单位体积吸收能逐渐降低;围压或应变率增大时,单位体积吸收能逐渐升高。岩石储能极限在能量耗散过程中发挥关键作用,且不同情况下具体表现不同:储能极限与初始储能的差值影响岩石受冲击时的吸能值;当岩石在静载下进入损伤阶段初期时,储能极限与初始储能的比值决定岩石受冲击时的释能值;当岩石在静载下进入损伤阶段后期甚至发生屈服时,储能极限值正比于岩石释能值。此外,岩石破坏模式与单位体积耗散能关系密切:应变率相似静载组合变化时,破碎程度与单位体积吸收能变化呈负相关;静载组合确定应变率梯度变化时,破碎程度与单位体积吸收能变化呈正相关。