基于改进Weertman模型的炭质岩隧道围岩蠕变特性研究

炭质岩隧道围岩变形具有量值大、变形快且持续时间长、受开挖扰动大及蠕变变形等特点,是炭质岩隧道施工所面临的关键技术难题。基于此,文章以广西河百高速公路炭质岩隧道围岩位移、温度变化情况作为统计依据,将温度与时间建立函数关系,引入Weertman蠕变模型,从机理上研究温度随时间变化下围岩的蠕变特性,揭示炭质岩隧道围岩蠕变机制及发展规律。结果表明:在不考虑渗压条件下,改进Weertman模型能有效计算分析及预测温度随时间变化下炭质岩隧道围岩的蠕变发展规律,对炭质岩隧道设计、施工和运维具有指导意义。     

深部巷道围岩支护阻力确定及其应用

文章通过理论计算获取围岩压力与位移,通过绘制P-U图分析支护与位移的关系,以此确定深部巷道围岩支护阻力。分析认为:在对深部巷道围岩压力和位移进行量化计算的基础上,可以确定深部巷道围岩支护阻力范围;利用P-U图中围岩与支护的关系,可选择合理的支护技术方案和支护时间。该方法在龙固煤矿主泵房洞室支护中进行了应用,结果表明:(1)采用实际围岩力学参数计算出的巷道围岩压力和位移符合工程实际,深部主泵房洞室围岩支护阻力的合理范围为4~6 MPa;(2)深部巷道的支护技术方案和支护时间可以依据支护阻力和P-U图确定;(3)该研究成果已成功用于煤矿工程实践。     

大变形隧道洞周位移与深部围岩位移的关系及应用研究

文章以高速公路双车道隧道为研究对象,采用FLAC~(3D)数值分析软件分别模拟计算了不同埋深、不同围岩级别条件下四种工况的围岩大变形演化过程,发现围岩大变形存在收敛型和不收敛型两种类型,并记录了不同洞周位移时深部围岩位移的数据,通过分析不同部位围岩位移变化曲线获得了洞周位移与深部围岩位移之间的关系。结果表明:对于同一类型的大变形,洞周位移与深部围岩位移之间的关系一致;对于不同类型的大变形,二者的关系存在差异。在通过数值模拟分析判定大变形类型的基础上,利用洞周位移与深部围岩位移的关系曲线判断深部围岩的松动区及塑性区范围,并将判断结果与前人实测的大变形条件下的松动圈范围进行对比,验证了该方法的合理性。最后将这种关系通过多元回归分析得到回归函数,以便于实际运用。     

近溶腔高压水工隧洞围岩应力位移弹性解

考虑开挖及渗流影响的水工隧洞围岩稳定是一个重要课题,而近溶腔高压水工隧洞围岩应力位移研究是该课题的难点。据此,文章基于弹性假设理论,引入反溶腔作用系数,采用复势理论求解近溶腔水工隧洞开挖问题,获得围岩应力及位移解析表达式。将水工隧洞内水外渗的各影响因素简化为轴对称情况,并将渗流场以渗透体积力方式作用于应力场,采用平面应变理论求得正常运行期的过水公式,最后通过叠加原理求得弹性解。在满足挪威准则条件下,对比内水外渗前后的计算结果,依次探讨反溶腔作用系数、岩石孔隙水压力及埋深等的影响规律。分析结果表明:初次充水对围岩稳定起决定作用;反溶腔作用系数及埋深增大有助于围岩稳定;在岩石孔隙水压力影响下,溶腔一侧环向应力场出现大小值交换现象,而径向应力场并不出现该现象;近溶腔水工隧洞围岩偏压效应随着反溶腔作用系数的增大而弱化。     

层状地层横观各向同性粘弹性优化反分析与优化方法比较

针对基坑开挖过程中所表现出来的时间效应以及地层横向与竖向变形的差异,采用Voigt模型进行横观各向同性粘弹性模拟,并结合具体的施工过程,进行横观各向同性粘弹性位移优化反分析。结合具体的工程实例,分析了阻尼最小二乘法、遗传算法以及混合遗传算法对横观各向同性粘弹性位移反分析的适应性,结果发现,阻尼最小二乘法对流变参数不敏感,而遗传算法则不同,可以对参数进行全面优化,而混合遗传算法集合了两者的优点,克服了阻尼最小二乘法的不足。     

岩溶、节理发育地段隧道进洞三维数值模拟分析

文章以崇水高速陇禁隧道为工程背景,综合考虑节理、岩溶等不良地质因素,采用有限元软件FLAC3D建立三维数值模型,分析隧道进洞施工过程中围岩的受力特性及变形情况。结果表明:模型计算结果与现场实测数据吻合,采用FLAC3D有限元软件建模具有一定的可靠性;隧道穿越节理、岩溶地段,隧道拱顶围岩沉降变形达8.8mm,拱脚出现应力集中现象,且整个开挖面塑性区面积较大;喷锚初期支护可有效抑制隧道围岩竖向位移,考虑岩体蠕变特性,建议施工过程应及时施作初期支护。     

隧道围岩压力和锚杆轴力的特性分析

结合江西武吉高速公路隧道15个典型断面的监测信息.分析围岩压力和锚杆轴力的稳定值和稳定时间变化规律.结果表明,锚杆未能充分发挥支护作用,应加强锚杆锚固力;隧道位置、施工方法及围岩级别对围岩压力和锚杆轴力的稳定时间有影响.利用围岩压力经验公式计算值与实际监测值进行比较,分析了经验公式对实际隧道工程的适用性.结果表明,深浅埋法计算值比实测值大;系数法和普氏法计算值与实测值相近,但计算结果有赖于参数的选取;泰沙基法计算深埋隧道的围岩压力误差较大.考虑隧道埋深和围岩级别的影响,获得围岩压力与隧道埋深的乘幂关系,以及围岩压力与围岩级别的指数拟合公式.通过监测数据获得的一些规律性结论,可为隧道结构设计和结构计算提供参考.     

高密度聚乙烯土工格栅拉伸蠕变特性及模型分析

文章通过开展高密度聚乙烯土工格栅的拉伸强度试验和拉伸蠕变试验,比较张力水平大小对其拉伸蠕变的影响,并对不同类型土工格栅拉伸蠕变模型进行回归求解,以提出适用于高密度聚乙烯土工格栅拉伸蠕变的模型。结果表明,与普通土工格栅相比,高密度聚乙烯土工格栅具有很强的抗破坏和抗变形能力;所用的经验型蠕变模型和三参数粘弹性本构模型适用于反映低张力水平情况时的土工格栅蠕变行为;幂函数、双曲线函数、对数函数等三类经验型蠕变模型中幂函数型蠕变模型拟合土工格栅蠕变试验数据的精度最高。     

锚固岩石蠕变特性试验研究

锚杆支护是地下岩体工程的主要支护方式之一。为了揭示锚固岩体在实际情况下的长期力学特性,文章对标准砂岩试件沿径向钻孔、张拉钢丝并施加预应力,通过室内单轴压缩蠕变试验,对锚固前后岩石的蠕变力学特性进行了研究。结果表明:锚固后岩石的力学性能产生了明显的改善,对径向变形的抑制效果更加显著;锚固后岩样轴向瞬时变形平均降低27%,径向瞬时变形降低60%,蠕变变形降低14%;根据岩样的变形特点,选用Burgers模型描述两种岩样的流变特性,并分析了流变模型参数的变化规律。     

改进振动法在地下工程动力时程计算中的应用

地下工程受到周围土体的约束作用,其动力反映与地面工程有所区别,如将源于地面工程的振动法用于地下工程的动力时程计算分析,需要进行相应的改进.文章通过计算分析发现,振动法用于地下工程动力时程计算时,在计算模型边界条件和波动传播时间效应方面不能反映波动对地下工程作用的实质；通过对比分析,在这两个方面对常规振动法进行了改进；提出了适用于地下工程动力时程计算的改进振动法.该方法的计算模型采用左右两侧粘弹性底部固定的人工边界条件,波动输入采用能够反映波动传播时间效应的分层加速度动态输入法,其计算分析结果与理论解吻合较好,适用于地下工程的动力时程计算分析.     

基于层次分析的可拓学理论围岩大变形预测方法及应用

围岩大变形是地下工程建设中地质灾害的一种,为探讨准确而快速地预测围岩大变形,文章将层次分析法和可拓学理论方法与围岩大变形预测相结合,建立了基于层次分析的可拓学理论围岩大变形预测方法。该方法是在物元理论、可拓集合论和关联函数运算的基础上,通过选取能够反映和体现围岩大变形的几项重要参数指标(本文选取岩石单轴抗压强度、主应力值、强度应力比、弹性模量四项指标),建立围岩大变形预测的物元模型,结合层次分析法来确定各因素的权重值,通过实际围岩大变形等级的关联度计算,最终确定围岩大变形等级;并与模糊层次分析法取得的围岩大变形结果进行对比分析。该方法能够运用一定的基础数据对围岩大变形作出预判,对工程建设可起到一定的指导作用。     

基于向量投影响应面法的隧道围岩变形稳定可靠度分析

围岩变形稳定是保证隧道施工安全的重要因素,由于影响围岩变形稳定因素众多,围岩变形稳定功能函数一般为隐式或为高度非线性,而采用向量投影响应面法可使计算简化且精度可得到保证。为了应用可靠度理论判定围岩变形稳定性,文章以Mohr-Coulomb强度理论作为围岩屈服条件求得的圆形隧道围岩位移解析解作为围岩位移函数,将圆形隧道毛洞围岩表面刚好达到剪切塑性极限时的洞顶沉降位移作为围岩变形的极限位移,建立了圆形隧道围岩变形稳定功能函数。利用向量投影取样法,通过响应面函数的梯度投影确定取样点,求解响应面函数,再用一次二阶矩法计算了某圆形隧道的围岩变形稳定可靠指标,并和蒙特卡洛法计算结果进行了对比,根据可靠指标对该隧道围岩变形稳定性进行了评定。     

浅埋单拱大跨无柱车站抗震分析研究

文章简要阐述了地铁抗震分析常用计算方法的优缺点及适用性,并结合青岛地铁4号线人民会堂站实际情况建立有限元模型,计算分析地震荷载作用下车站动力特性,通过对比结构各点内力及位移,结果表明:(1)反应位移法、反应加速度法计算地震响应结果普遍比时程分析法大,且车站刚度越大,偏差越大;(2)鉴于E3状态下结构弹塑性本构误差较大,对于截面变化不大、地层较为简单的车站弹塑性层间位移可采用弹性层间位移乘以延性系数;(3)惯性力法计算普遍比反应位移法小,但当车站惯性力起主导作用(即车站刚度相对于土体很大)时,惯性力法与反应位移法计算相差不大;(4)青岛车站基本位于花岗岩中,结构动力响应90%是由剪切力引起,不同于昆明、常州、郑州等土体抗震分析结果;(5)地铁结构层间位移角随车站埋深增大而增加,随矢跨比、围岩弹模、二次衬砌厚度增加而减少,但其中二次衬砌厚度对层间位移角影响最小,车站埋深影响最大。     

考虑施工过程的浅埋软弱隧道管棚变形预测及参数敏感性分析

目前的隧道管棚计算方法和理论解析存在计算繁杂,计算参数的选择对分析结果的正确性影响较大且无法获得精确的理论解或简化的计算公式等问题。文章基于Winkler弹性地基梁理论,考虑隧道施工过程中围岩扰动特性、支护未封闭不完全承载特性、地层反力系数差异特性及荷载分布不均匀特性,建立了管棚超前预支护变形理论计算模型,并通过求解24阶方程组获得超前管棚预支护理论解析。结果表明:1)解析解与数值解和现场实测值吻合度较高,解析解可用于管棚变形预测;2)管棚直径、开挖进尺、地层反力系数均存在最优参数取值,环向间距与管棚变形呈正比例关系,管棚长度并非越长越好,只需满足管棚远端超前掌子面前方2倍台阶高度即可;3)实际施工过程中,通过调整管棚参数来控制隧道拱顶沉降效果从优到劣的顺序为:开挖进尺、注浆改善地层力学性质、环向间距、直径、长度。     

卸载状态下冻结壁外载的统一解

文章基于统一强度理论,考虑中间主应力的影响,采用卸载状态下冻结壁-周围土体共同作用的冻结壁力学模型,推导得到冻结壁弹性区和塑性区的应力场、位移场,并分别建立了冻结壁弹性极限外载、塑性极限外载、弹塑性外载的统一解,分析了冻结壁的应力场、位移场随半径、强度理论参数的变化规律,讨论了半径比、强度理论参数及冻结壁计算深度对各个统一解的影响。结果表明,半径和强度理论参数对冻结壁的应力场、位移场均有一定程度的影响,考虑中间主应力的影响可得到更精确的计算结果;冻结壁的弹性极限外载、塑性极限外载均随半径比和强度理论参数的增大而增大;弹塑性状态下冻结壁的外载随冻结深度的增大而减小,随强度理论参数的增大而增大;冻结壁的外载比原始水平应力低,是由卸载状态下冻结壁与周围土体共同作用决定的。该结果可为冻结壁的设计及工程应用提供一定的参考。     

双连拱隧道结构内力分析与围岩稳定性试验研究

双连拱隧道模型的相似性试验是进行隧道结构力学研究的主要方法。文章基于相似性试验原理,以广西马江隧道的实际工程为例,对双连拱隧道的结构内力和围岩稳定性进行了模型试验研究,并通过三导坑法及双导坑法对隧道洞室周边的径向位移进行了测试分析。试验结果表明:洞室周边径向位移的峰值出现在拱顶处,其次是腰部位置。     

基于遗传算法的地下洞室围岩力学参数反分析

围岩是地下洞室的主要承载结构,设计分析时采用的围岩力学参数是否合理直接影响计算结果的可靠性。文章结合某水电站引水隧洞工程,根据围岩监测数据,基于遗传算法,对ABAQUS商业软件进行二次开发,编写了遗传算法程序,对地下洞室围岩力学参数进行反分析,利用反分析得到的参数与工程设计采用的参数进行对比,分析讨论设计采用参数的合理性。结果表明,围岩参数反演值大于设计值,利用反演得到的参数进行计算,位移值小于初始参数的计算值,说明设计采用的参数取值偏安全。类似洞段的分析结果表明,文章采用的方法在类似工程的参数分析中具有很好的适用性。     

采用蒙特卡洛法计算隧道人员疏散时间

以往的隧道疏散时间计算大多基于固定的参数,这样的假设条件与实际情况相差较大,计算结果不能令人满意。由于隧道环境多变以及人行为的复杂性,使得疏散的行为充满随机性,文章通过对隧道人员疏散过程的详细分析,采用随机方法输入数据,利用蒙特卡洛法计算隧道疏散时间,获得大量随机计算的统计结果。统计结果显示了疏散行为的随机性,与一般的仿真模拟方法对比,计算结果比较接近实际情况。研究结果表明蒙特卡洛法具有模型简洁、目标明确、计算快速、参数易调整、使用方便等特点,可适应隧道疏散复杂的假设条件。     

软土蠕变对隧道结构荷载及变形的影响分析

软土的蠕变特性会削弱土拱效应,导致作用在隧道结构的土压荷载及隧道变形随时间发生变化。文章考虑软土的粘滞性,选取时间硬化法则与Druker-Prager屈服准则耦合的蠕变模型,结合上海地区软粘土的室内三轴流变试验数据,采用数值分析软件ABAQUS建立有限元模型,分析软土蠕变特性对隧道-地层接触压力的影响以及隧道的变形与内力等随时间的变化规律,并进一步探讨软土蠕变对土拱效应以及隧道长期受力性能的影响,研究结果对软土隧道设计中长期荷载的合理取值具有重要意义。     

杆岩耦合作用下深埋隧洞围岩稳定性主控因素及支护优化研究

由于深埋隧洞围岩显著的流变特点,其变形范围及洞壁位移通常在施作初期支护一段时间后才趋于稳定,因此研究锚杆支护后隧洞围岩变形范围及其洞壁位移量将为支护参数优化及预留开挖量提供重要的理论依据.文章通过建立预应力锚杆与隧洞围岩的相互作用力学模型,分析了杆体与围岩相对位移为零的中性点位置及其最大轴力值.基于锚杆中性点理论,推导...