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。     

开挖卸荷扰动下深埋地下厂房围岩稳定性数值分析研究

猴子岩水电站地下厂房位置地处深山峡谷区,区域地质构造背景较为复杂,并且具有地应力值相对较高,洞室跨度大、边墙高,洞室埋深大等特点。地应力最大值有36 MPa,最大垂直埋深可达660 m。因此,在开挖过程中,岩体卸荷对洞室围岩的稳定性影响较大。选择典型剖面,运用快速拉格朗日差分法(FLAC3D)对地下洞室的分层开挖支护过程进行了数值模拟,对模拟结果进行分析,包括围岩变形场、应力场和塑性区的分布规律,并将模拟结果与现场内观监测资料和微震监测资料进行对比分析。分析表明,围岩变形与内观监测结果较为吻合,同时在围岩应力发生集中的部位,微震事件发生区域性聚集。因此,可以通过数值模拟来预测后续开挖中的围岩变形,为开挖支护施工提供指导。     

基于D-P准则的深埋隧道破碎化分区规律研究

深部洞室开挖因应力重分布而使围岩出现松动区、塑性区、弹性区,基于D-P准则对深埋隧道围岩破碎化分区提出划分准则,利用ANSYS软件分析不同埋深3个区域发展状况并与规范推荐荷载高度进行对比,揭示埋深对松动区、塑性区半径的影响。研究结果表明,Rp,Rc与埋深H近似呈线性关系,与芬纳公式走向基本一致;当埋深超过某一临界埋深时,松动区迅速发展而呈现指数型增长;松动区分布形态及范围随埋深不同而呈现明显差异。     

开挖跨度对隧道围岩稳定性影响研究

通过建立有限元、离散元两种数值力学模型,开展开挖跨度对隧道围岩稳定性的影响规律研究。结果表明:在不考虑洞室形状影响的前提下,当围岩按连续介质假设,且开挖后仍处于弹性应力状态时,单纯增加隧道开挖跨度对围岩应力状态影响不大;但若开挖后进入弹塑性应力状态,则单纯加大开挖跨度会导致塑性区半径大幅度增加,影响围岩稳定。当围岩按非连续介质假定时,岩体失稳主要呈现节理面间剪切滑移。开挖跨度增大相当于隧道跨度与岩块的相对尺度增大,隧道关键块体失稳概率加大,对于相同产状节理岩体,关键块体出现部位相同;另一方面,跨度增大引起在隧道开挖的应力扰动区内遭遇节理的组数增加,组数越多,岩体越破碎,失稳概率越大,且失稳模式各有不同,增加了支护难度。     

父错隧道中后行洞开挖对先行洞周边围岩位移场的影响研究

洞室的开挖将使其周边的围岩受到扰动,发生应力重分布,围岩位移场将发生改变.由于交错隧道的复杂性,使其难以运用相对简单的力学模型解决此类问题,数值分析成为有效而且经济的手段.用以研究在这种特殊的情况下位移场的变化规律.     

季家坡隧道开挖数值模拟分析研究

采用地层-结构模型,利用有限差分计算软件FLAC对三峡翻坝高速公路的季家坡隧道进行了开挖支护施工过程的数值模拟,文章分析了隧道开挖后支护前和支护后隧洞围岩变形、应力重分布、围岩塑性区范围,进一步证明了隧道支护方案的有效性,并对支护结构做出了安全评价。     

荒沟抽水蓄能电站地下厂房开挖过程微震活动特征与围岩稳定性研究

牡丹江荒沟抽水蓄能电站地下厂房具有典型的“大跨度、高边墙、多洞室交叉”的工程结构特点，在陡倾结构面、中等地应力等复杂地质条件和强卸荷开挖的影响下，洞室围岩片帮、掉块等局部稳定性问题突出。针对此问题，构建荒沟抽水蓄能电站地下厂房微震监测系统，对地下厂房开挖卸荷过程进行实时监测，揭示围岩内部岩石微破裂的萌生演化过程及其对围岩稳定性的影响。结果表明： 1）开挖卸荷的强施工扰动引起的围岩高能量释放，导致主厂房上游边墙围岩内的断层破碎带局部损伤加剧，诱发大量微震事件； 2)微震事件在主厂房上游侧拱肩区域沿断层走向呈条带状分布,且在厂房下游侧边墙与3#支洞交汇的洞室结构薄弱部位聚集； 3）识别主厂房上游边墙桩号厂左0+20 m至厂左0+80 m段是围岩潜在失稳区域。     

山岭隧道断层破碎带富水段开挖方法的对比分析

以小北山1号隧道为研究对象,采用FLAC3D有限元模拟分部开挖的几种工法,对隧道穿越F3断层破碎带处的开挖过程进行了模拟。针对4种不同施工工法情况下竖向位移、围岩应力以及塑性区进行了对比分析,结果表明,采用预留核心土法时得到的底部隆起、拱顶沉降量和拱脚最大主应力是四种工法中最小的;尽量减小对围岩体的扰动可以对隧道顶部的沉降控制起到一定的作用;拱肩处出现的受拉塑性区在施工过程中容易造成洞室的整体失稳,需及时支护。     

弱膨胀土地区隧道施工工法及塌方原因研究

为探求适合弱膨胀土浅埋隧道的施工工法,基于在建三淅高速公路李家坪隧道工程,借助三维有限元软件分别模拟了弱膨胀土地区隧道环形开挖预留核心土法及CD法开挖过程中的围岩稳定性,对比研究了围岩的受力与变形情况。有限元计算结果表明:环形开挖预留核心土法施工对软弱围岩掌子面的变形能起到有效控制,但对于控制浅埋段隧道整体沉降效果不大;相对于环形开挖预留法,CD法开挖工作面小,且各工作面封闭成环时间短,各工作面支护有效限制了塑性区发展,尤其是在隧道拱顶处,CD法开挖比环形开挖预留法开挖扰动引起的塑性区范围小很多,CD法更适用于弱膨胀土地区隧道施工。此外,根据收敛约束法的理念,推导了膨胀土隧道围岩特征曲线,结果表明:膨胀性围岩对含水率变化非常敏感,尤其是围岩变形较小时,膨胀压力可以达到塑性形变压力的数倍。综合理论推导、数值模拟和现场监测数据,分析了李家坪隧道施工时产生塌方冒顶的原因。由于雨季施工使隧址区的弱膨胀土围岩含水量增大,吸水膨胀后释放应力,隧道自稳能力下降,加上薄弱的支护体系,是造成隧道塌方的主要原因。研究成果可为弱膨胀土地区隧道施工提供一定的参考依据和实践经验。     

基于流固耦合理论的海底隧道围岩力学特性分析

采用理想弹塑性本构模型,在海水渗流的情况下,基于流固耦合理论,给出了海底隧道围岩应力、位移分布的解析解以及塑性区范围,并利用有限差分FLAC2D软件中流固耦合分析模块对海底隧道围岩进行力学分析,与理论推导的结果进行了对比,证明了理论推导的正确性,同时探讨了海底隧道开挖渗流机制和孔隙水压力场分布特征。理论分析了不同支护阻力下的围岩应力重分布规律以及海水压力、上覆岩层厚度对围岩力学特性的影响。该结果可对富水地层条件下的海底隧道工程开挖设计提供一定的理论参考。     

堆积体隧道围岩及支衬体系空间力学特性

为研究堆积体隧道围岩和支衬体系受力空间变化规律,采用三维弹塑性有限元法模拟隧道施工过程,得到了洞室周边围岩和支护结构应力随掌子面开挖的变化过程。结果表明,隧道开挖对不同部位围岩扰动大小存在较大差异,扰动后拱部围岩应力强度较小,拱脚和边墙围岩应力强度最大,仰拱围岩应力波动较大但量值总体偏小;管棚在隧道开挖前后受力状态发生明显改变,支护和衬砌过程中有微小波动;拱部系统锚杆对于维持围岩临时稳定发挥了一定作用,但其作为永久支护对围岩长期稳定作用不大,锁脚锚杆在下台阶开挖以及隧道长期稳定方面均发挥了重要作用;初支拱部受拉、边墙和拱脚受压显著,其中拱腰、拱脚分别为拉、压控制性截面;与钢筋混凝土强度相比,二衬受力较小,具有较大的强度储备。     

软弱破碎围岩隧道开挖支护中CD法与环形开挖留核心土法对比分析

针对Ⅴ级围岩隧道岩体破碎,开挖中易发生松动变形、掌子面挤出、拱顶坍塌及地表沉降过大等病害的问题,基于FLAC^3D有限差分软件,对采用环形开挖留核心土法及中隔壁法(CD法)施工过程中围岩应力、位移和塑性区范围发展情况进行对比,分析不同开挖支护方法对围岩稳定性的影响。结果表明,相较于环形开挖留核心土法,CD法具有施工扰动小、初期支护封闭早、围岩位移及塑性区面积较小的优点,更适合于Ⅴ级围岩隧道的开挖支护。     

预留核心土环向刻槽对隧道开挖的稳定性影响

软弱破碎围岩隧道开挖后,在初始应力作用下,围岩松动变形、掌子面失稳,易产生较大内空位移,导致拱顶坍塌、地表下沉等病害.针对软弱破碎固岩的力学特性,提出预留核心土环向刻槽开挖法,并结合工程实例,以散值分析的方法研究核心土对较岩隧道开挖的稳定性影响.利用FLAC3D软件模拟隧道在不同长度及半径核心土条件下的开挖过程,分析掌子面附件围岩的位移、应力及塑性区变化情况.研究表明,预留核心土能减少隧道开挖对软弱破碎围岩的扰动,极大改善掌子面的受力情况,约束掌子面及附件围岩位移,控制塑性变形;核心土的长度及半径影响其对围岩稳定性的作用效果,它们存在一个最合理值.     

考虑围岩应力释放效应的岩爆滞后性模拟研究

现有岩爆判据可用于宏观上把握岩爆发生可能性,但对其所特有的滞后性现象机制研究不足。自围岩应力释放角度出发,利用数值模拟工具,研究分析岩爆滞后性特征。对不同应力释放率下围岩弹、塑性应变能分布特征以及围岩破坏区范围及特征进行分析研究。结果表明： 1）应力释放率与弹性模量之间呈指数关系,应力释放率较低时,围岩主要为弹性变形。2）随着释放率的逐步提高,洞壁围岩出现塑性屈服区,且弹性应变能与塑性应变能密度之间发生调整,并最终于洞壁一定深度处形成弹性能量集中区。3）应力释放率不同时,洞室围岩塑性区范围不同,且随着应力释放率的逐步提高,屈服状态自剪切屈服向剪切与张拉屈服并重转变,不同应力释放率下岩爆等级不同。研究结果对于认识岩爆滞后性现象具有一定的作用。     

浅覆大跨度小净距隧道中岩墙及初支力学特性研究

通过建立后掘隧道的三台阶开挖数值分析模型,模拟D/B分别为0.5,0.75,1,1.25,1.5,2情况下,后掘隧道开挖对中岩墙多次扰动所引起的围岩塑性区分布、主应力差、水平位移等力学特性,并分析其对先行隧道初支内力的影响。通过分析中岩墙应力、变形随净距的变化,表明当中岩墙厚度小于0.75B时,中岩墙上部区域塑性区已贯通,塑性区范围急剧扩大,说明后掘隧道对中岩墙的受力变形和先行隧道支护结构受力极为不利。在D/B=0.5的不利情况下,可对中岩墙进行注浆加固处理,模拟结果表明注浆可极大降低初支受力,最大轴力减小了49.1%,最大弯矩减小了29.1%,大大提高了围岩稳定性。     

仰坡连拱隧道施工力学特性及控制技术研究

以沪昆高速贵阳至清镇段的灯草塘连拱隧道为背景，建立FLAC3D数值分析模型，研究了复杂地质条件下大跨度双连拱隧道施工过程中隧道洞口段隧道-仰坡体系应力应变变化规律，并分析了锚索对仰坡体的滑动作用与效果。结果表明:隧道三导洞开挖各阶段对中墙应力大小及分布规律有很大影响，隧道开挖完后，应力集中部位主要在中墙的腰部和底部位置，滑动面附近的坡体产生了较大面积的塑性区；锚索的施加，对坡体和围岩的应力重分布产生了一定的影响，有效减少了坡体塑性区的面积，降低了塑性区贯通。根据研究结果，提出控制隧道施工过程中进口段隧道仰     

公路隧道复合式衬砌结构数值计算及分析

针对榆树沟隧道工程实际情况,选取了3种不同的复合式衬砌结构类型进行数值计算,对初期支护和二次衬砌的内力、安全系数及洞周位移、拱顶下沉、围岩塑性区的分布等进行了分析,评价了衬砌结构的安全性。结果表明:对于Ⅱ、Ⅲ类围岩,上台阶及下台阶中央区的开挖为施工的关键工序;对Ⅳ类围岩,上台阶开挖为施工的关键工序;在Ⅱ类围岩浅埋条件下,拱顶下沉主要是由上台阶的开挖及下台阶中央区的开挖所引起;在Ⅲ类以上围岩条件下,拱顶下沉绝大部分是由上台阶的开挖所引起;洞周位移较小,最大值为18 mm,发生在Ⅱ类围岩浅埋拱脚处;围岩塑性区发展深度最大者,连通到地表,属于Ⅱ类围岩浅埋;Ⅲ类围岩墙脚处塑性区较大;Ⅳ类围岩塑性区较小。     

施工过程中大跨破碎隧道围岩应力变化规律及控制

为了再现隧道开挖过程中围岩与支护结构的相互作用和荷载分担比,进一步优化施工工艺,对某隧道洞口施工过程进行了数值模拟。通过模拟发现,破碎地层中开挖大跨隧道,边墙受力较大,塑性区面积大于顶部,要求锚杆的锚固深度较大;其次两隧道中间顶部最早出现塑性区,对围岩的扰动较大,应采取注浆加固围岩,提高其自承能力;仰拱中部塑性区扩展较大,可适当施作锚杆,控制底鼓破坏;协同围岩与锚杆的支护作用可适当降低工程造价,更好地发挥围岩自承的作用。     

应力流守恒原理及地下洞室群支护结构设计方法

为解决复杂洞室群各洞室之间岩墙、岩板的受力计算和稳定性分析的难题,基于力学平衡的思想提出应力流守恒原理,即隧道开挖前后任意水平剖面围岩竖向应力流和任意竖直剖面的水平应力流将保持不变,从而计算洞室群中各个岩墙、岩板、岩柱的受力,并根据其稳定性设计支护结构措施。京张高铁八达岭长城站地下洞室群支护结构设计结果表明,与传统经验法和数值模拟法设计相比,基于应力流守恒原理的洞室群支护结构设计方法具有计算便捷、安全可靠的优点。     

不同倾角软弱夹层对隧道围岩稳定性影响的数值分析

本文运用FLAC3D软件,针对不同倾角的软弱夹层建立数值模型,通过对隧道洞室周围塑性区分布及关键点的应力、位移的研究,得到软弱夹层的倾角变化对围岩稳定性的影响规律。