深部软岩巷道立体交叉硐室群稳定性分析

为了确定巷道开挖顺序对硐室群稳定性的影响,运用三维有限差分数值计算软件FLAC^3D,结合鹤岗矿务局兴安矿四水平泵房吸水井硐室群工程实例,分析了深部软岩巷道立体交叉硐室群围岩由于开挖顺序的不同而产生不同的位移变形与应力状态的力学响应及变形特性．结果表明：深部软岩巷道立体交叉硐室群的开挖过程是和应力路径与应力历史密切相关的非线性不可逆过程,开挖顺序不同,巷道围岩的位移及应力分布情况有明显的差别．先施工断面小的支巷,再施工断面大的主巷对硐室群稳定性影响最小．     

深部软岩硐室群破坏机制与施工过程优化

为了降低深部软岩硐室群施工过程互扰影响,以厚冲积层矿井万福煤矿为工程背景,对井底车场在扰动影响下的围岩变形发展模式、松动范围扩展规律、锚索承载有效性进行了监测与分析.在此基础上,开展了煤仓硐室群不同断面尺寸、不同间距、不同开挖次序下施工过程数值模拟,建立了围岩表征变形量、围岩表征变形增量等评价指标,明确了硐室群扰动影响...     

深埋隧硐含水围岩弹塑性稳定极限平衡分析

在岩体内开挖隧硐后,由于干扰了原岩应力分布和渗透水压力的作用,硐室含水围岩中呈现次生应力,这种新出现的不平衡应力是引起岩体产生变形、位移甚至破坏的主要根源.以圆形截面隧硐为例,在莫尔库仑理论的基础上,从围岩弹塑性变形的角度出发,分析和计算地下隧硐含水围岩极限平衡时的稳定性和临界支护抗力,为实际地下工程和支护打下理论基础.     

深基坑基底回弹变形计算方法分析及工程验证

深基坑开挖时,坑底回弹量对基坑底面变形、支护结构稳定及周围土体的变形都会产生影响.认为坑底回弹变形量是判断基坑稳定性的重要指标之一,它的大小受不同施工作法的影响.同时也通过对回弹量的各种计算方法及适用性进行分析,总结了有桩和无桩的正常顺序开挖、逆作法开挖等条件下基坑开挖卸荷与回弹量的相互关系,并给出了估算经验公式.     

高地应力巷道断面形状优化数值模拟研究

选取矩形、直墙半圆拱形、马蹄形、三心拱形、圆形和椭圆形6种巷道断面形状开展优化研究.采用FLAC5.0数值模拟软件研究了几种典型断面在岩体中开挖后巷道围岩塑性区分布、围岩主应力差分布和围岩变形特征,分析了不同侧压系数λ对它们的影响,在此基础上提出了巷道支护"等效开挖"的理念和"无效加固区"的概念.断面形状对高地应力巷道围岩主应力差分布影响不大,但等效开挖半径决定围岩塑性区分布,无效加固区越大,在巷道周边产生变形就越大,反之亦然.高应力巷道应根据λ的大小和主应力方向选择合理断面形状是圆形或椭圆形.     

大断面深埋软岩隧道开挖方法适应性研究

为研究大断面隧道在深埋软岩条件下采用不同工法开挖的适应性,依托郑万高铁巴东隧道项目,运用Midas GTS NX分别模拟了三台阶法、台阶法+临时仰拱与CD法在深埋软岩中的开挖过程,并对3种开挖方法力学效应进行分析。结果表明3种工法在深埋软岩隧道施工中,围岩的最小主应力、最大位移和塑性区均出现在仰拱部位,而仰拱变形是反应开挖时围岩稳定性的重要因素。台阶法+临时仰拱对收敛位移控制较好,适用于水平应力对支护结构影响较强的地层,建议在洞口等浅埋段采用。CD法支护结构应力较大,不利于围岩稳定。三台阶法支护结构受力较小,并对仰拱变形中超前位移控制最佳,为现场施工提供了指导。     

地应力释放对隧道围岩稳定性影响的研究

新奥法的基本原理要求"隧道围岩支护过程中,一方面允许围岩有一定程度的变形使其产生受力环区;另一方面,又必须限制围岩的位移量以避免围岩变形过大而产生严重的松弛卸载".结合正在施工的某隧道工程,采用数值方法对其开展在不同地应力释放下围岩稳定性影响的研究.结果表明:地应力释放越大,锚杆承担的荷载越小,围岩的塑性区发展范围越大.因此,在隧道开挖施工过程中,合理地控制围岩应力释放比例,可以有效地改善围岩的应力状态以及塑性区的发展范围.所得结果对深埋隧道围岩稳定性分析、确定合理的支护时机与支护措施以及制定合理的开挖方案具有一定的指导意义.     

青岛龙山地下商场围岩稳定性评价及锚喷支护设计

根据岩体结构和岩石力学性质对围岩稳定状态所起重要作用,采用定量与定性相结合的多因素多指标的综合分类法,进行围岩地质构造、毛硐稳定情况调查,现场声波测试、点荷载试验、室内岩石单轴抗压强度试验等,考虑硐室的跨度、埋深等特征,经过综合分析,确定围岩类别,科学评价硐室围岩稳定性,以此作为确定岩体开挖和围岩加固支护方案、计算相应参数的依据。     

深部巷道围岩控制的有效途径

针对煤炭开采逐渐由浅部转向深部,提出在深部复杂的力学环境下,岩体力学行为和工程响应条件下深部巷道围岩控制的有效方法.文中确定了影响巷道围岩稳定性的因素,分析了各影响因素对巷道围岩稳定性的影响规律,认为改善巷道围岩应力状态及围岩力学性能、合理选择巷道支护形式和提高其支护阻力以及优化巷道断面等为深部巷道围岩控制的有效途径.现场应用结果表明:巷道首选在时空上避开高应力作用,底板掘卸压巷可使巷道变形量控制在20mm以内,上行开采改善了深部巷道应力环境,工作面推进速度由48 m/月提高到90m/月左右,巷道迎头超前钻孔卸压后巷道顶底板移近量减小了900mm;采用高强、高预紧力、高延伸率锚杆(索)支护系统配合合理的注浆加固参数,有效提高巷道围岩强度,巷道围岩变形量降低40%以上.另外,尽量选择弧形断面,壁后充填等措施,实现支护体均匀承载,提高支护阻力.     

软土深基坑分区开挖顺序对支护桩及城轨隧道影响的数值分析

为研究软土地区深基坑分区开挖及其施工顺序对自身和邻近城轨隧道的影响,以珠海某基坑工程为背景,运用有限元软件建立该工程的三维数值模型并模拟其施工过程,分析了基坑开挖方式和开挖顺序对基坑支护桩和邻近隧道的影响。结果表明:对于超大深基坑,分区开挖施工相比于整体开挖更好地利用了时空效应,有效控制基坑变形和减小对邻近隧道的影响;在分区方式相同的前提下,采用不同开挖顺序也会改变基坑的卸荷路径,最终导致同一基坑产生不同的隧道变形特性。由此得出,针对软土深基坑在施工方法上不仅要采用大化小的分区开挖方式,而且还应优先选择开挖释放量大的区域并搭配合理的支护加固方式,从而减少对基坑和邻近隧道的影响。     

沙湾隧洞数学仿真模型分析及开挖方式研究

通过对沙湾地下隧洞工程的数学仿真模型的分析,以Ⅳ类围岩典型断面为例,计算围岩位移、围岩应力、衬砌及锚杆应力等,分析不同开挖方式对隧洞围岩稳定性的影响,探讨优选隧洞的支护及开挖方式,验证设计方案的合理性。     

构造应力区巷道变形破坏特征及控制技术研究

水平构造应力对巷道围岩稳定有重要的影响,针对鹤壁九矿东总回风巷在锚网索喷＋u型钢支护难以保证巷道稳定的情况,通过相似材料模拟试验研究不同水平应力作用下锚注支护巷道围岩变形破坏和位移变化特征．试验表明,随着水平应力的增大,底板加强后,水平应力对顶板的作用明显,当水平载荷达到49MPa时有少量浆皮脱落,左肩部出现块状冒落,底板比较稳定,没有发生明显臌起,只出现少量横向裂隙,锚注支护结构能控制围岩变形．将试验结果在现场应用后,通过矿压观测,两帮的最大移近量为144mm,顶底板最大移近量为105mm,锚注支护提高了围岩的自承能力,能够维持巷道稳定,为类似地质条件下的巷道支护提供借鉴．     

极浅埋富水砂层地铁横通道注浆加固与开挖稳定性

针对极浅埋富水砂层地铁隧道横通道可能出现的施工安全问题,采用室内实验、理论分析及数值模拟的方法,对隧道进行注浆加固试验及开挖工法的优选,提出一套适用于浅埋富水砂层横通道的注浆加固工艺及开挖工法。认为注浆加固可有效提高砂层的物理力学参数和土体力学性能;支护时间越迟,围岩变形越大,预加固可有效提高围岩的物理力学参数,降低围岩变形,改善地层的应力—应变关系;对台阶法与CRD(交叉中隔墙法)法开挖后拱顶沉降、应力及塑性区分布特征进行了对比分析,通过现场开挖监测量控与数值分析的对比,验证了该工艺的可行性,该研究可为类似工程提供一定的借鉴和指导作用。     

基于3维损伤流变理论下某调压井群围岩时效稳定性研究

拟建的某水电站调压井区域围岩岩性为石英云母片岩,勘探及室内试验发现其岩体属于片理构造发育明显的软岩,具有较典型的横观各向同性流变特征。由于区域地应力水平较高,工程施工期及运行期围岩流变现象可能显著影响工程施工安全及长期稳定性。基于FLAC3D软件建立3维数值计算模型,采用横贯各项同性岩体损伤流变本构,同时考虑施工时序及支护措施,研究调压井群施工期和运行期围岩稳定性及衬砌结构安全性。结果表明:施工开挖过程中围岩在流变效应的显著影响下,其变形量随时间略有增加,及时喷锚支护对围岩变形的限制作用显著,开挖完成500 d后围岩位移趋于收敛;开挖完成后围岩整体处于受压状态,施作二次衬砌有利于围岩应力场均匀化重新分布;运行期调压井衬砌变形量值增长速率随时间逐渐减小,其中2年内变形量约占长期(50年)变形量的54%;调压井围岩及衬砌结构运行1年后应力水平基本趋于稳定,运行期内调压井围岩应力水平变化幅度很小。     

深部高应力硐室围岩蠕变失稳机理及控制技术

赵固二矿-800 m水平巷道和硐室围岩属于典型的工程地质软岩,具有工程地质条件复杂、地应力高、围岩流变性强等特点,一般的锚网索喷+被动支护易被各个击破,造成巷道和硐室返修次数多、维修工程量大。在借鉴"新奥法"中二次支护思想的基础上,提出"一次锚杆+锚索+钢梁强力支护,二次围岩注浆改性,三次双层工字钢棚,四次喷射混凝土"的支护方案,实现主动支护与被动支护协调作用。蠕变数值模拟表明:锚网喷支护条件下,3 a时硐室断面收敛量达到30%,变形量大、变形速率高;主被动联合支护方案能够有效地控制围岩变形,5 a时变形速率0.05 mm/d。现场工业性试验表明,施工2 a后,硐室表面最大位移为28 mm,变形速率0.20 mm/d,锚索作用范围内岩体完整性较好,硐室围岩得到了有效控制。     

大断面硐室底鼓分步控制研究

以曲江高坑暗皮带斜井机头硐室为工程背景,采用理论分析、数值计算、现场试验等手段,研究暗皮带斜井机头硐室的底鼓特征与机理,分析机头硐室底板应力分布情况。认为硐室底鼓及不对称变形的主要原因是频繁扰动影响、应力分布不均衡及围岩性质差等。根据底鼓分步控制原理,提出"第一步钻孔卸压,第二步锚索+槽钢+喷浆"的分步控制方式,并在该硐室实施。运用数值模拟比较分析新方案支护前后硐室塑形区和应力变化,工程实践表明该支护方案对控制机头两端相对位移和底鼓的效果良好。     

隧洞围岩在超载和卸载状态下的破坏模式

围岩破坏模式分析是地下工程围岩稳定性分析、控制和支护设计的基础。围岩开挖是一个径向应力减小轴向应力增大的复杂加卸载过程,但当前常采用超载试验研究隧洞围岩的破坏模式。超载试验的围岩应力路径不同于加轴压卸围压路经,而围岩的应力路经是影响其破坏模式的重要因素。为了对比隧洞围岩在不同应力状态下的破坏模式,利用WE-600B型液压式万能试验机和自主设计的隧洞模型试验仪,采用相似模型试验方法,研究了隧洞围岩在超载和开挖卸载过程中的应变演化规律及破坏面发展过程。应变演化规律上,两种工况在拱底均产生一定的拉应变,而侧墙和拱腰处在开挖卸载模式下的应变增速大于超载模式,开挖卸载模式下围岩向临空面的变形速度更快,破坏更快发展。破坏面发展上,隧洞超载时,直墙两侧围岩整体剥落,剥落体保持完整,而在开挖卸载时直墙两侧围岩向临空面逐层挤压溃曲,剥落体的完整性差,可见开挖卸载路径下的围岩破碎程度更大。超载工况下破坏过程由低应力时的拱底拉裂转变为高应力时的侧墙拉剪耦合的“V”型片帮剥落破坏。两种（60%σzmax和100%σzmax）卸载工况下,破坏过程均为侧壁楔体剪切破坏和竖向张拉破坏耦合的“V”型片帮劈裂破坏。     

基于三维损伤流变理论下某调压井群围岩时效稳定性研究

拟建的某水电站调压井区域围岩岩性为石英云母片岩,勘探及室内试验发现其岩体属于片理构造发育明显的软岩,具有较典型的横观各向同性流变特征。由于区域地应力水平较高,工程施工期及运行期围岩流变现象可能显著影响岩体稳定性及衬砌结构特性。本文在全面反映区域地质构造、调压井结构形式及地应力场的基础上,建立了三维数值计算模型,同时考虑施工时序及支护衬砌措施,应用根据室内试验及现场监测资料建立的横观各向同性岩体粘弹塑性损伤本构模型,采用FLAC3D软件研究了调压井群施工期和运行期围岩稳定性及衬砌结构安全性。结果表明：施工开挖过程中围岩在流变效应的显著影响下,其变形量随时间有所增加,及时喷锚支护对围岩变形的限制作用显著,开挖完成后500d后围岩位移趋于收敛;开挖完成后围岩整体处于受压状态,施作二次衬砌有利于围岩应力场均匀化重新分布;运行期调压井衬砌变形量值增长速率随时间逐渐减小,其中2年内变形量约占长期（50年）变形量的54%,调压井围岩及衬砌结构运行1年后应力水平基本趋于稳定,运行期内调压井围岩应力水平变化幅度很小。     

大型洞室群不同开挖顺序围岩稳定效果分析

介绍了岩体动态施工力学的概念及原理要点，并将其用于两个大型洞室群不同开挖顺序围岩稳定性分析，发现优化施工顺序比原方案围岩稳定性有较大提高，这对于大型洞室的施工具有重要的参考价值。     

浅埋偏压隧道开挖数值模拟及稳定性研究

浅埋偏压会对隧道围岩稳定和支护结构产生很大影响,开挖过程中极易发生垮塌。利用FLAC3D 程序对烟海高速公路解家河隧道穿越浅埋偏压洞段采用的施工过程进行仿真分析,得到解家河隧道在采用不同开挖工序时各阶段围岩及支护结构的变形和应力变化情况。结合现场监测断面的量测成果,经过数据整理和计算得到解家河隧道浅埋偏压洞段围岩及支护的受力特征,对隧道围岩稳定性进行分析判断。所得结论为解家河隧道顺利施工提供了可靠依据,可为具有类似地质、地形情况的隧道设计和施工提供技术参考。