隧道超欠挖断面轮廓分形特征

对于极不规则的隧道围岩超欠挖轮廓,分形几何无疑是一个新思路。在测量数据的基础上,应用分形几何来定量描述围岩超欠挖轮廓线,表明隧道各类围岩的超欠挖曲线具有自相似性。在此基础上,进一步分析了各类围岩超欠挖曲线的分形维数与围岩类别之间的关系。研究表明,隧道围岩超欠挖曲线分形维数能较为直观地反映围岩类别,但其并不随着围岩类别的变化而呈线性变化;对于洞径一定的隧道,围岩超欠挖曲线的分形维数更能反映岩体结构和洞轴线之间的关系,这为准确预测掌子面前方围岩超欠挖情况奠定了理论基础。     

公路隧道超欠挖的成因与控制

通过对隧道超欠挖数据进行统计分析，归纳出影响隧道超欠挖的5个主要因素，并论述了减小隧道超欠挖的方法。     

基于多因素评价的隧道围岩质量与超欠挖关系

围岩质量及施工方法是影响隧道超欠挖的本质原因,研究围岩质量与超欠挖的关系,对评价和预测超欠挖、判断隧道结构的稳定性具有重要意义。基于工程实测资料及数值试验,研究了跨度对隧道围岩质量的影响,进而建立了基于多因素评价的围岩质量修正指标。根据隧道开挖断面轮廓具有分形特征的特点,计算了鸳鸯会隧道20个典型断面轮廓分形维数,研究了围岩质量与超欠挖的关系,得出围岩质量多因素修正指标与超挖比及断面轮廓分形维数呈线性关系,随着围岩质量多因素修正指标的提高,超挖比和断面轮廓分形维数将降低,并根据复相关原理,建立了三者间的复相关关系,可为隧道围岩质量的正确评价及超欠挖分析提供有益参考。对比不同围岩分级方法与超欠挖的关系表明,基于多因素评价的BQ法在隧道工程中的适用性更好。     

隧洞围岩分类与洞径和超欠挖之间的关系研究

岩体的地质结构特征是影响隧洞围岩超欠挖的主要因素,正确评价岩体的质量,对岩体进行分类,并研究岩体质量与隧洞超欠挖之间的关系对分析和预测隧洞超欠挖具有重要的意义。对隧洞围岩的RMR分类和Q分类与超欠挖之间的关系进行了详细研究,研究了在同类岩体条件下不同开挖洞径与隧洞超欠挖之间的关系,并由此建立了RMR分类和Q分类之间的关系,得出围岩的RMR分类和Q分类与隧洞超欠挖呈线性关系和对数线性关系,根据超欠挖建立起来的RMR分类和Q分类之间的关系比较符合工程实际。最后研究了超欠挖与围岩分类及洞径之间的复相关关系。     

隧洞边界超欠挖的摄动法解析分析

钻爆法施工常造成隧道边界不平整,隧道分析模型一般将开挖界面光滑处理,忽略了边界不平整对围岩应力的扰动作用。将隧道超欠挖值当作中心偏量小参数,利用摄动法得到了静水压力下圆形隧道的弹性应力解。计算分析表明:超欠挖改变了隧道洞壁附近围岩的应力状态,围岩应力随超欠开挖曲线呈波浪状变化,应力变化量与超欠挖曲线幅值及曲线斜率有关;环向应力变化最大值在洞壁处,其应力集中系数分别在超挖及欠挖顶点达到局部极大与极小值,径向应力变化最大值靠近洞壁表面,切应力变化最大值位于超挖与欠挖表面相交处;扰动应力在径向衰减较快,影响范围约为1~2倍的隧道半径。     

分形节理的强度和变形研究

首次运用“分形实验法”人为地生成具有分形结构的节理试件进行实验分析，利用光弹实验可视性特点详细研究了具有不同粗糙度（不同分形维数）的节理在单压和压剪两种加载 方式下对试件力学特性影响，得出了一些规律性的结果。     

岩体节理形貌的分形维数与摩擦角的关系研究

在土木工程设计和施工中，岩体节理的摩角是一个重要参数，该值的获取既费时又费力。本文首先简要介绍节理形貌的描述方法和分形几何理论，然后将分形理论引人岩体节理摩擦角的研究中，得出了用分形维数表示摩擦角的经验公式。关键词     

分形节理的强度和变形研究

首次运用“分形实验法”人为地生成具有分形结构的节理试件进行实验分析。利用光弹实验可视性特点详细研究了具有不同粗糙度（不同分形维数）的节理在单压和压剪两种加载方式下对试件力学特性影响，得出了一些规律性的结果     

图像处理技术在隧洞超欠挖评价中的应用

图像处理技术在隧洞超欠挖评价中的应用是该技术在地质及岩土工程领域的新尝试。通过对野外摄取的隧洞图像进行一系列的处理得到隧洞的基本形状,然后与隧洞的设计形状对比分析,即可得到隧洞在该断面上的超欠挖方量,然后对其他断面采用同样的技术就可评价某一段或整个隧洞的超欠挖数量,这样就从定量的角度解决了以往工程中难以解决的超欠挖评价问题,为工程超欠挖的判断与决策提供合理依据。最后通过一实例对某一隧洞的超欠挖方量进行评价。     

地下洞室超欠挖问题非线性有限元分析

运用数值分析的方法,采用ANSYS10.0版有限元分析程序对洞室超欠挖进行三维模拟计算,分析了不同超挖位置、超挖深度、超挖数量等对洞室围岩稳定性的影响,得出了超欠挖部位应力集中数值解及塑性区产生的影响范围,为地下工程掘进施工和初期支护设计提供重要的参考依据。     

煤岩体采动裂隙网络的逾渗与分形特征关系研究

以平煤八矿己15-22060工作面为背景,引入逾渗和分形理论,分析了煤岩体裂隙网络的演化特征,得到了逾渗概率和分形维数随工作面推进度的变化规律及二者的变化关系。结果表明：逾渗概率的大小受横向离层裂隙和竖向破断裂隙的发育、贯通等因素影响,随工作面推进分阶段线性增大,且增幅有增大的趋势;随工作面推进煤岩体的裂隙网络逐步向工作面前方煤体和上覆岩层扩展,分形维数大小受裂隙的长度、宽度、数量、分布等因素控制,升维过程大致可分为3个阶段;煤岩体裂隙网络的逾渗概率与分形维数的关系可分段拟合为1个幂函数和2个线性函数,且具有很好的相关性,数学模型的建立可为研究煤岩体裂隙网络的等效渗透率奠定一定的基础。     

基于岩体结构面分布分形维的岩体质量评价

尽管岩体结构面具有空间上的不规则性和结构网络上的复杂性,但由于它又具有自相似的特征,可以运用分形理论来对其进行研究。运用盒计维数法对某矿山巷道围岩体结构面分布的分维数进行计算,验证了岩体结构面分布的分形特征。通过对岩体结构面分布分形维值分布规律的分析发现,分形维数越大、结构面分布越密集,结构面迹线越长,岩体质量越差,表明可将岩体结构面分布的分形维作为岩体质量评价的指标。将计算所得的岩体结构面分布的分维数与按工程岩体分级标准对相应岩体分级所得的岩体质量等级进行对比,提出了一个以岩体结构面分布的分形维作为分级指标的岩体质量评价方案。     

结构面赤平投影极点图的统计分形在岩体工程分类中的应用——以中科院国家天文台500米口径大射电望远镜(FAST)台址为例

岩体质量分类是区域稳定性评价中一个重要指标。本文通过对FAST台址区裂隙岩体结构面的统计分析,得出场地结构面极点图的分形特征。通过与规范分级方法对比分析,作出了研究区FAST台址的岩体质量分区图。得出了分形理论作为岩体结构分类的定量评价指标的可行性和可操作性。     

岩体结构对含煤岩系变形的控制作用

含煤岩系变形规律的研究,对煤炭资源评价和开采、煤矿瓦斯灾害预测、煤层气的可开发性评价具有指导意义。基于含煤岩系的岩体结构是控制其变形的基础因素这一前提,以岩体力学和分形几何学基本理论为指导,提出取决于岩石杨氏模量和泊松比的岩体强度因子和取决于岩层厚度的分形维数两个参数,以断层发育的安阳双全井田、褶皱发育的沁水盆地煤层气开发区及滑动构造发育的荥巩谷山井田为例,系统探讨了岩体结构对含煤岩系变形的控制作用。研究表明,低强度因子和厚层岩层较多的分形维数低值区,含煤岩系以韧性变形为主,多形成褶皱,煤体变形程度深,为瓦斯灾害严重区和煤层气难以开发区;高强度因子和厚层岩层较少的分形维数高值区,含煤岩系以脆性变形为主,多发育断层,构造煤难以区域展布,只分布在断层附近。可见含煤岩系变形不仅与岩体强度有关,而且受岩层厚度的控制。统计层段内刚性岩层的存在增加了岩体强度,岩层复杂程度的增加同样提高了岩体强度。岩体力学和分形几何学的引入,为煤岩体变形行为和程度的描述和预测提供了一种新途径。     

分形节理岩体强度与变形尺度效应的试验研究

根据强度与变形尺度效应的研究需要,试验研究了脆性岩石相似模拟材料的配比,提出了预置材料产生模拟节理的方法,解决了随机分布节理试件的制作问题。采用分形分布节理模拟材料试件,研究了脆性岩体轴向抗压强度与变形的尺度效应,获得的规律与实际岩体尺度效应规律一致,并发现岩体变形的尺度效应并非完全由节理闭合和剪切破坏引起,在节理剪切破坏之前,主要是由节理的剪切变形增大引起的。     

马坑山公路隧道岩爆预测研究

岩爆是高地应力条件下地下洞室开挖过程中经常遇到的一种动力失稳的地质灾害,直接威胁施工人员和设备的安全。论述了岩爆的定义、特征及发生机理,应用国内外相关岩爆判据判定和理论分析,提出对马坑山隧道开挖过程中是否会产生岩爆做出了最终判定。     

通渝隧道围岩变形的神经网络预测

隧道新奥法施工中 ,常以围岩变形量作为评判围岩稳定性和支护结构经济合理性的重要指标。公路隧道围岩变形量是随时间而变化的数据序列 ,因而可以建立一些实时跟踪预测模型和方法。根据通渝隧道围岩拱顶下沉位移变形的特性 ,采用神经网络技术来预测其变形量 ,结果表明该方法简易、有效