H-B准则及其在某公路隧洞支护设计中的应用

针对隧洞工程设计过程中岩体力学参数取值难的问题,将能综合考虑岩块力学特性及岩体地质条件的改进H-B准则引入某公路隧洞的支护设计过程,在介绍这一准则使用条件、使用方法的基础上,应用这一准则对某公路隧洞考虑和不考虑爆破影响的岩体力学参数进行了确定,并应用大型岩土工程数值分析软件FINAL进行了模拟施工过程的仿真分析,最后对H-B准则应用过程中的几个关键问题进行了探讨.     

Mohr-Coulomb与Hoek-Brown强度准则在浅埋偏压隧道数值模拟中的对比

在隧道建设中,因地形限制,常常遇到浅埋偏压等复杂情况,若再加上隧道围岩破碎、围岩条件较差,则会使隧道的施工设计难度大大增加。在对该类隧道进行数值模拟时,强度准则的选择对模拟结果的影响至关重要。Mohr-Coulomb(M-C)强度准则和Hoek-Brown(H-B)强度准则是隧道数值模拟研究中较为常用的两种强度准则。为了对这两种强度准则进行数值模拟对比研究,以贵阳市黔春大道七冲村二号隧道为工程背景,分别基于M-C强度准则和H-B强度准则,运用FLAC3D5.0建立三维模型,结合现场监测数据,从位移、应力两方面对模拟结果进行对比分析。结果表明:由于H-B强度准则将围岩视为非连续介质,反映了岩体非线性破坏的特点,考虑了岩体中的结构面等因素对强度的影响。因此,相比基于M-C强度准则的模拟结果,基于H-B强度准则的模拟结果的位移、应力值更大,且受到偏压的影响也更大,位移矢量及主应力迹线的偏转角度更大;但是在低应力状态下,M-C强度准则的适用性仍较好,因此在浅埋段中,基于两种强度准则的模拟结果在变形的发展趋势上以及应力重分布的情况都大致吻合;与现场监测数据相对比,两种模拟结果的水平位移变化与监测结果的趋势大致相同,但基于H-B强度准则的模拟结果相关性更好。     

基于非线性Barton-Bandis准则节理软岩边坡锚杆加固研究

采用Barton-Bandis准则可简便获取岩体的力学参数并能较好地反映节理岩体力学性质的非线性。通过回弹法量化Barton-Bandis准则参数以及得到等效的Mohr-Coulomb准则参数,并基于极限平衡条分法推导出Barton-Bandis准则下的节理岩质边坡的稳定性分析及锚固设计。通过采用内含Barton-Bandis准则计算程序的软件SLIDE对某节理软岩边坡的稳定性分析及锚固设计,验证了采用Barton-Bandis准则进行节理岩坡分析的可行性与正确性。     

公路岩体软弱结构面抗剪强度参数试验研究

对秭归风茅公路主干线聚集坊～郭家坝镇段主要岩体软弱结构面的抗剪参数进行了较系统的试验研究,包括岩体软弱结构面的野外简要调查、岩体软弱结构面现场原位试验、岩块与结构面室内模拟试验及岩体力学参数经验估值等,通过对各种试验数据进行整理、分析和对比,并考虑岩体所处具体地质条件,给出了各种具有代表性且工程安全性较差的岩体软弱结构面的抗剪强度参数建议值。     

禹登高速公路槐树坪隧道岩体质量评价研究

为选择合理的开挖、支护方式,对禹登高速公路槐树坪隧道进行岩体质量评价。在阐述该隧道工程地质条件的基础上,先后用BQ分级法、RMR分级法和Q分级法对岩体参数进行评分及岩体级别确定。通过岩体声波测试和岩石力学试验,基于Hoek-Brown准则从而预测岩体的力学参数,为岩石工程设计和施工提供了依据。     

基于Hoek-Brown强度准则的软岩强度参数获取方法研究

岩土体工程中如何可靠地获取岩体的力学参数一直是岩石力学所面临的重要问题,基于广义的Hoek-Brown强度准则,结合国标中对岩体结构类型划分与岩体结构面条件总评分,构建新的地质强度指标GSI量化取值表,获取岩体的GSI范围量化值,结合Roc Data数据处理软件,拟合出岩体的剪切强度包线,获取岩体的物理力学参数,与工程实例中获取的现场直剪试验数据进行对比分析,分析此方法的合理性。     

基于非线性屈服准则的地下石油洞库围岩变形特性研究

基于修正的非线性的Hoek-Brown屈服准则,对中国首个大型水封式地下洞室变形特性进行研究。采用非线性的Hoek-Brown屈服准则,在考虑渗透力条件下,分析地下洞室开挖后塑性区范围;运用离散元软件UDEC,块体选用H-B模型,根据施工巷道开挖过程中围岩变形情况,对围岩参数进行校正,获得较为可靠的随机节理分布的洞库围岩参数,并分析了节理随机分布的地下洞室开挖后边墙附近的水平方向、竖向、法向及切向的应力变化情况。     

层状岩体地下洞室施工阶段围岩精细化分级

围岩分级方法在实际应用中存在结果处理复杂、围岩分级量化数值范围交叉及围岩分级精度较低等问题，为了对层状岩体地下洞室施工阶段的围岩进行精细化分级，基于HC分类法，重点考虑层状岩体的层厚与产状对围岩稳定的影响，通过有限元软件Midas GTS对25种由正交试验方法得到的代表性工况进行了数值模拟，并将位移计算结果进行了极差分析。结果表明：层状岩体隧洞位移分布方向主要取决于结构面走向与洞轴线夹角α及结构面倾角β,而位移分布范围的大小主要取决于岩层厚度h;对层状岩体隧洞稳定性影响的大小排序为，饱和单轴抗压强度R_c>结构面走向与洞轴线夹角α>张开度W>层状岩体层厚h>结构面倾角β,因此，层状岩体隧洞围岩分级时，应充分考虑结构面产状的影响；饱和单轴抗压强度R_c、结构面走向与洞轴线夹角α均与层状岩体隧洞的稳定性近似呈正比，张开度W则与层状岩体隧洞的稳定性近似呈反比；层状岩体层厚h=0.6 m时，层状岩体隧洞稳定性最差，结构面倾角β=60°时，层状岩体隧洞稳定最差。基于HC分类法提出了基于隧道相对变形的修正分级区间，并分别采用了模糊物元...     

广义Hoek-Brown准则参数对岩体强度影响的敏感性分析

Hoek-Brown准则具有直观快捷判别岩体强度、考虑非线性破坏及解释低应力、拉应力区及最小主应力对强度的影响等优点,因而在岩体工程中得到了广泛的应用.但Hoek-Brown准则参数的选取受观察判断者的主观因素影响较大,从而引起与工程实际不符甚至错误.基于此,该文以辽宁省福胜屯隧道为例,对Hoek-Brown准则参数对岩体强度指标的影响进行敏感性分析,得出Hoek-Brown准则中参数mi、GSI、D、σci对岩体强度指标c、φ、抗拉强度、抗压强度及弹性模量的影响规律,以期能为在岩体工程中有的放矢地对Hoek-Brown准则参数进行细部量化提供一定的技术指导.     

考虑围岩应变强化及扩容的深埋软岩隧洞时变位移解

为描述深埋软岩隧洞围岩时变位移受岩石应变强化与扩容协同影响的复杂力学过程,假设岩体为符合Burgers体与Drucker-Prager屈服准则组合的黏弹塑性模型,在考虑应变强化及扩容效应影响的初始应力场下,推导得到深埋软岩隧洞的黏弹塑性时变位移解析解并进行分析。结果表明:该解析解能较好地描述软岩隧洞蠕变位移受岩体应变强化和扩容的影响。随着幂强化指数或剪胀角的增大,隧洞围岩的时效变形逐渐增大,且发展变快。隧洞围岩在应变强化和扩容效应的共同影响下,幂强化指数与剪胀角越大,其位移越敏感,且幂强化指数对围岩位移的敏感性更高。为验证该解析解的实用价值,与工程实测数据进行对比,结果显示计算值与实测值吻合较好,表明该解析解对深埋软岩隧洞时变位移预测具有一定的借鉴意义。     

山岭公路隧道围岩力学参数估计

隧道围岩力学是可根据推广后的Hoek—Brown准则进行估计,但确定地质强度指标GSI值时对岩体结构的划分缺乏定量的描述,为了使隧道围岩结构的描述定量化,将Bieniawski的RMR岩体分级评分系统引进,对GSI取值进行定量化修正,并通过算例说明方法的应用,这为隧道围岩力学参数的估计提供了新的简便、经济、实用的方法。     

锦屏水电站大沱生活营地后坡稳定性分析

通过室内试验与土体物理力学参数反分析相结合,综合确定锦屏水电站大沱后坡岩土体物理力学参数。在此基础上,利用传递系数法对边坡进行稳定性计算,结果表明:在天然情况下为基本稳定-稳定状态;在暴雨条件下,后坡局部表层失稳,整体稳定。     

考虑地质适宜性和滚刀直径的TBM刀具消耗预测

刀具消耗是TBM施工成本管理的重要研究内容。将影响刀具消耗的主要因素归纳为地质条件、机械因素和掘进参数3个方面,在此基础上讨论了刀具消耗与围岩等级、TBM工作条件等级之间的关系。在总结和分析利用TBM工作条件等级进行刀具消耗预测研究的基础上,对拟合函数进行优化,并引入滚刀直径影响因子,构建同时考虑地质适宜性和滚刀直径的TBM刀具消耗预测方法。通过对兰州水源地建设工程输水隧洞TBM1掘进段的刀具消耗分析,验证提出的TBM刀具消耗预测方法的合理性。研究结果表明： 1）TBM工作条件等级可以反映TBM掘进性能和地质适宜性特点; 2）拟合函数ln(x-1)和ln x更适合描述和预测刀具消耗规律; 3）滚刀直径对刀具消耗具有一定影响,滚刀直径越大,刀具消耗越小; 4）同时考虑地质适宜性和滚刀直径的TBM刀具消耗预测模型的计算结果更接近实际耗刀率; 5）刀具消耗与岩体完整性密切相关,与实际耗刀率相比,Ⅱ类围岩的预测计算结果略高,而Ⅲ类围岩的预测计算结果略低。     

大跨径连拱隧道围岩支护原理与变形破坏数值模拟分析

以某公路连拱隧道为背景,在采用现代支护原理的条件下,对隧道的开挖、支护过程及强度折减情况进行了数值模拟,通过对围岩的应力、应变、位移随强度参数折减的变化情况以及隧道围岩变形破坏力学响应的变化规律的分析,探讨了数值模拟分析中围岩破坏的判据以及隧道围岩、中隔墙在爆破震动、施工及地下水等因素影响下的稳定性。     

小间距隧道围岩力学参数正交设计反演

根据西康高速公路18标长哨段的隧道围岩收敛位移现场监测结果,利用正交设计理论,对该区段小间距隧道围岩变形特性及塑性区大小影响较敏感的力学参数进行了反演分析,获得了比较接近工程实际的围岩综合力学特性参数,即千枚岩的弹性模量、泊松比、凝聚力和内摩擦角,有效地克服了千枚岩难于取样和难以进行力学参数试验的困难。利用反演分析所获得的力学参数对长哨小间距隧道的施工过程进行了数值仿真,分析了该隧道施工期间围岩的应力与变形规律,给出了围岩稳定性评价,为小间距隧道工程设计与施工提供了具有一定参考价值的重要资料和信息。     

小净距隧道围岩整体稳定性的下限分析

小净距隧道围岩的整体稳定性分析,目前分析研究比较少。运用边坡稳定性分析适用的强度折减原理进行评价小净距隧道围岩整体稳定性,以围岩塑性区贯通、位移突变或位移超过规范值与计算不收敛3种方法综合作为围岩失稳破坏的判据。通过计算分析可知在不同的折减系数下塑性区贯通基本与位移突变同步,且早于位移超过规范值及计算不收敛。塑性区贯通为围岩破坏失稳的必要非充分条件,故采用塑性区贯通作为强度折减法判据所得为围岩整体稳定性系数的下限解。利用塑性区贯通作为判据,得到戴峪岭2号小净距隧道围岩整体稳定系数下限值约为2．7,表明该隧道具有足够安全储能。     

金华山软岩铁路隧道湿喷纤维混凝土支护结构可靠度分析

以赣州—龙岩铁路金华山软岩隧道湿喷纤维混凝土支护结构为研究对象［1,2］,由于湿喷纤维混凝土支护结构物理、力学参数和喷层厚度的离散性及混凝土强度破坏准则难以用支护材料参数显式表达,对该类隧道支护结构进行可靠度分析十分困难。采用响应面法计算湿喷纤维混凝土支护结构的可靠度方法,并给出了计算流程;其中围岩-支护结构的确定性分析采用非线性有限元法,可靠度分析采用二次响应面法。分析结果表明:金华山隧道湿喷纤维混凝土支护结构可靠度指标高,处于安全状态。     

基于Hoek-Brown准则的小净距隧道节理围岩稳定性研究

结合重庆东水门长江大桥和千厮门嘉陵江大桥渝中区连接隧道小净距段施工,采用Hoek-Brown 强度准则估算出节理岩体的力学参数,建立基于Hoek-Brown 强度准则的有限元分析模型,对隧道施工过程中节理围岩的位移、应力和塑形区特征进行研究,获得隧道施工过程中围岩位移变形较大点以及应力集中区域,并提出监控量测和加强支护的范围。     

基于尺寸效应的节理岩体隧道开挖稳定性分析

节理岩体的开挖力学响应具有显著的尺寸效应,这对于研究隧道稳定性非常重要。运用离散单元法,模拟了相同隧道尺度条件下不同节理间距的4组情况。研究结果表明:①随着岩体节理间距减小,围岩结构类型由整体块状逐步转化为碎裂状,随之出现岩块松动脱落;②围岩塑性区、应力松动区以及节理张开区具有相似的分布规律,均随着节理间距减小而增大,但发生岩块松动脱落之前的尺寸效应不明显;③节理剪切滑移破坏区比张开区和岩体塑性区更大,且具有更加明显的尺寸效应,适合作为节理岩体隧道稳定性的判别指标。