基于FLAC~(3D)路基边坡安全系数影响因素分析

采用FLAC~(3D)软件,建立路基边坡三维数值模型,基于强度折减法对边坡的稳定性进行数值模拟,研究土的黏聚力和内摩擦角对路基边坡稳定性影响。研究结果表明:随着黏聚力或内摩擦角的增加,路基边坡安全系数均线性增加,塑性变形区域逐渐减小。     

岩体节理及岩块力学参数对TBM净掘进速率的影响

为研究岩体节理及岩块力学参数对TBM净掘进速率的影响,采用离散元法分析岩体节理倾角和间距对TBM净掘进速率的影响。结合施工现场统计资料,研究岩块力学参数与TBM净掘进速率相对关系。结果表明：(1)当其他条件不变,节理倾角在0°～60°时,TBM净掘进速率随节理倾角增大而加快;而当节理倾角在60°～90°时,TBM净掘进速率随倾角增大而降低。(2)一定范围内,节理面发育程度越高,节理组数越多,TBM净掘进速率越高。(3)TBM净掘进速率随岩石单轴抗压强度和弹性模量增大而减小,随泊松比增大而提高。本文得出一系列有意义的拟合曲线,可为定量分析TBM净掘进速率与岩体节理及岩块力学参数之间关系提供依据。     

中低应变加载速率下单节理裂隙岩体的单轴动态压缩力学性能试验

对人工制作的节理岩体试件进行了中低应变加载速率下的单轴压缩试验,研究了应变速率和节理面的倾角β对节理岩体的极限抗压强度、峰值应变、弹性模量和损伤变量的影响。研究结果表明:(1)当加载的应变速率相同时,当节理面的倾角β由0°增加到90°,试件的抗压强度呈逐渐减小后又逐渐增加的趋势,试件的峰值应变均呈先减小后略有增加的变化规律,试件的弹性模量整体出现逐渐增加的变化规律。(2)当试件的节理面倾角相同时,随着应变加载速率逐渐增加,试件的抗压强度呈逐渐增加的趋势,当β为60°时,试件的抗压强度对应变率敏感性最强,试件的峰值应变和弹性模量随应变加载速率的变化并没有固定明显的变化规律。(3)当应变加载速率相同且应变相同时,随着节理面的倾角由0°增加到90°,损伤变量基本都呈先逐渐增加后减小的趋势,当节理面的倾角为60°时的损伤变量最高,当节理面倾角为90°时的损伤变量最小;当试件的节理面倾角相同,应变加载速率逐渐增加时,损伤变量基本呈逐渐增加的趋势。     

采用光滑节理模型的单节理岩体数值试验

基于光滑节理模型,用颗粒流程序对完整岩石和单节理岩体进行数值试验。光滑节理模型的选用避免了标准接触模型中节理面颗粒间的"颠簸"效应。数值模型中选取的细观参数与室内试验获得的岩样宏观参数一致。数值试验与室内试验分析结果表明,节理面的存在降低了岩石的抗压强度;岩体的抗压强度随着节理倾角的改变而改变,随着节理倾角的增大,岩体的强度先降低随后增大;当节理面与潜在破坏面的方向相近时,岩体受压破坏沿节理面发生,当节理面倾角θp=45°+φs/2时,岩体强度下降得最多。随着围压的增大,节理岩体的强度显著提高。数值试验与室内试验结果对比表明,基于光滑节理模型的数值试验结果较为可靠,可以进一步推广应用于等效岩体分析。     

吉尔木隧道出口边坡赤平投影稳定性分析

研究目的:赤平投影可通过空间投影关系直观反映不同结构面的空间组合关系,适用岩质边坡稳定性定性评价。块体理论可对不同破坏类型的结构体稳定性进行定量计算。本文将基于吉尔木隧道出口边坡的现场调查,分析该边坡岩体结构类型和基本破坏模式,并利用Barton模型估计岩体结构面强度参数。在此基础上,结合赤平投影理论和块体理论分析该边坡潜在失稳岩体的结构面组合关系,并确定各模式块体的稳定性系数,以期为边坡防护设计提供一定的指导。研究结论:(1)通过Barton模型计算结构面的力学指标表明:在法向应力为2 MPa时,结构面的内聚力C=0. 12 MPa,内摩擦角φ=34°～36°;(2)隧道出口边坡岩体主要破坏模式有倾倒式破坏、楔形体滑动破坏和平面滑动破坏,其中倾倒式破坏主要受直立卸荷裂隙控制;平面滑动破坏主要为沿与坡面近平行的长大卸荷裂隙滑动和沿岩层层面滑动;楔形体破坏主要受到了岩层层面、近直立卸荷裂隙和密集节理面的共同控制;(3)赤平投影分析表明:边坡岩体沿单滑面破坏的块体1和块体2以及沿双滑面交线破坏的块体12是不稳定的,其中块体2的稳定性最差;(4) Barton模型、赤平投影及块体理论相结合的岩质边坡稳定性分析方法具有准确和快捷的优点,该方法在高陡岩质边坡分析中具有良好的应用前景。     

裂隙岩体结构面直剪特性与参数反演试验

为准确获取裂隙岩体工程中结构面的力学参数,以细观岩石力学理论和岩石结构面的数字精细化测量为基础,运用PFC~(2D)颗粒流软件,建立铜坑矿锌铜矿体裂隙结构面的精细数值仿真模型,开展节理岩石直剪数值模拟试验。实现岩体结构面的剪切力学参数的反演与预测,获得铜坑矿裂隙节理结构面的抗剪力学参数。研究结果表明:由于结构面平滑,在裂隙结构面的直剪数值模拟试验过程中,主要形成剪切滑移破坏;铜坑矿裂隙结构面的黏聚力为0.45 MPa,内摩擦角为35.8°,其反演的数值计算结果与本地区高峰矿的无厚度节理面试验数据相似度高,试验结果可为岩体结构面参数的工程应用提供基础参数。     

无确定性滑动面的裂隙岩体边坡潜在滑动范围确定方法及治理措施研究

以承朝高速公路某处边坡为研究对象,探讨裂隙岩体边坡的治理措施,该处边坡的最大特征就是存在多组节理裂隙,裂隙较发育,较难找到确定性的滑移面。因此,首先通过现场地质调查和三维激光扫描技术获取边坡的地形地貌以及节理组的间距、迹长、倾向、倾角等信息,基于蒙特卡罗法建立该边坡的裂隙分布模型,然后采用离散元软件(UDEC)分析边坡的现状稳定性,并搜索得到其潜在的滑塌范围,为该处边坡的治理指明了方向。最后,建议采用锚杆挡墙的形式对此处边坡进行治理,并确定了各项具体的设计参数(锚杆长度、锚杆间距、锚杆直径、挡墙厚度、挡墙配筋等),结果表明,所提的治理方案可以有效约束裂隙岩体的变形,同时使边坡的安全系数提高到1.20以上,符合规范的要求。     

单向非贯通节理岩体滚刀破岩 特性离散元模拟

相较于贯通节理,岩桥的存在使非贯通节理岩体受力破坏过程更加复杂。为探明其对破岩影响,通过采 用 PFC2D建立单向非贯通节理岩体滚刀破岩离散元模型,研究岩桥长度和倾角对岩体破碎模式、法向力、裂纹数 量及比能耗等参数的影响,揭示非贯通节理岩体滚刀破岩特性。研究发现：岩体以张拉破坏为主,节理对裂 纹扩展的“导向作用”明显,裂纹扩展方向总是趋向于和其距离最近的节理;竖向应力水平随节理倾角增加呈现 先增大后减小的趋势,在 45°倾角下达到最大值,应力区形状受到节理位置影响,两者具有一致性;完整岩体法 向力均值和峰值均大于节理岩体,节理对于破岩过程具有明显的促进作用;0°、60°、90°节理倾角下的比能耗值 明显低于其他节理组合,60°倾角下呈减小趋势,在岩桥长度为 25 mm 时取得最小值;0°、90°倾角下呈先减小后 增大趋势,在岩桥长度为 15 mm 时取得最小值。     

降雨条件下浅层边坡稳定性分析

分析边坡土体强度参数在降雨条件下的衰减规律,并在此基础上研究降雨对浅层边坡稳定性的影响。研究结果表明:土体黏聚力随含水量增大的变化规律接近指数减小,土体内摩擦角随含水量增大的变化规律接近线性减小;降雨持时不变的条件下,边坡安全系数随降雨强度的增大而呈非线性减小;降雨强度不变的条件下,边坡安全系数随降雨持时的增大而接近线性减小。     

基于3DEC裂隙岩体强度的参数敏感性分析

结构面是裂隙岩体的主要特征,利用离散元软件3DEC程序,通过变化单节理结构面的倾角度数,计算得到裂隙岩体的强度变化情况,在此基础上分析裂隙岩体的主要参数岩(石摩擦角和粘聚力)以及节理摩擦角和粘聚力对其强度的影响,得出各参数影响裂隙岩体破坏形式和强度的规律,并分析结构面位置和结构面的组数对岩体强度的具体影响。     

基于增量加载法的隧洞上方地基承载力研究

运用DP系列屈服准则,采用有限差分法求得隧洞地基的极限承载力与潜在滑动面.定义了隧洞地基围岩的局部稳定系数,通过求解局部稳定系数,给出了围岩的稳定范围,对隧洞地基加载前的地层加固提供参考.研究结果表明:极限承载力随剪胀角的增大呈现出先增大后减小的规律,且在剪胀角等于3φ/4时取得极大值,在剪胀角等于摩擦角φ时取得极小值.     

高陡边坡桥基安全距离研究

研究目的:高陡边坡桥基位置的确定不仅关系到高边坡的稳定和桥梁的安全,也直接关系到整个桥梁的技术指标和造价。而目前相应的规范及手册中,对高陡边坡桥基位置没有明确的规定。研究方法:荷载作用下高陡边坡岩体力学行为特征是桥基位置确定的基础。利用数值分析方法,分析不同边坡几何状态下荷载对边坡岩体应力的影响。研究结果:根据荷载作用下边坡岩体应力影响范围的变化特征,提出高陡边坡桥基安全距离的确定原则。边坡岩体应力影响范围主要与荷载强度、桥基宽度、边坡坡度以及桥基水平距离等因素有关。根据坡面岩体应力影响系数最大值与各影响因素的关系,再利用岩体质量对应力影响系数进行限定,提出高陡边坡桥基安全距离的确定公式。研究结论:工程实践表明,用本文方法来确定高陡边坡桥基位置是方便的、适用的。     

溜砂坡的形成诱发因素及失稳破坏条件

通过对溜砂坡形成条件和诱发因素的分析,得出溜砂坡形成的3个必备条件是物质条件、地形条件和堆积条件;溜砂的主要诱发因素是地表水、地下水、河流冲刷、动荷载作用、风荷载作用、冻融作用、植物及人为因素。对溜砂坡砂样进行有关物理与力学试验,得出溜砂坡的粒度成分以中、粗砂和角砾为主;内摩擦角总体上是烘干状态大于天然状态,天然状态又大于饱和状态;粘聚力则呈现出天然时的大于饱和时的,而饱和时的又大于烘干时的规律。通过模型试验和理论分析,将双因素方差分析原理运用到砂粒粒径、含水量对溜砂坡天然休止角大小的影响分析中,结果说明这2种因素对溜砂坡天然休止角的影响都很大,并且含水量因素对天然休止角的影响,与砂粒粒径因素相比要大得多。运用线性回归理论对砂粒粒径、含水量、内摩擦角以及粘聚力等4个影响砂坡天然休止角的因素进行线性拟合,所得到的公式可用于天然休止角大小的估算。     

水位升降对顺层岩坡稳定性影响的上限分析方法

在构造顺层岩石边坡的简单直线破坏模式基础上,将强度折减技术与极限分析上限定理结合,推导边坡内外水位升降影响条件下的顺层边坡稳定性安全系数的目标表达式,并采用序列二次规划迭代法进行求解。通过算例计算,分析水位变化参数对顺层岩石边坡坡体安全系数和潜在破裂面的影响。研究结果表明:边坡内外水位升降对边坡安全系数和破坏范围存在不可忽视的影响,但当岩层倾角处于一定范围时,岩层倾角对边坡安全系数和破坏范围的控制程度更强。     

经历剪切变形历史的岩石节理表面形貌变化

采用巴西劈裂法制成四组不同岩性的人工节理面,利用RYL–600岩石剪切流变仪对节理进行不同垂直压应力下的剪切试验,并运用TALYSURF CLI 2000扫描仪在每次剪切前后对节理面进行扫描,计算多个描述节理面形貌特征的三维参数值,通过三维参数值的变化定量分析节理面细观形貌的变化。研究结果表明:节理面抗剪强度的变化与节理面形貌变化有紧密联系,经历四次剪切作用后,节理面整体高度略微降低,各点间的高差缩小;峰点密度减小,节理面的凹凸程度降低;节理表面形态的各向异性程度降低,节理面整体的倾斜程度降低;对于节理面的同一变化,不同参数反映的角度和变化的幅度都不同,随垂直应力的增加,各次剪切作用后节理面的形貌变化量逐渐减小,形貌趋于平整。     

关于复合式衬砌整体计算模型的思考

复合式衬砌传统计算方法常忽略初期支护内力计算及其安全性检验,二次衬砌所承担的围岩荷载根据围岩条件进行经验确定。针对其不足,提出适用于复合衬砌的整体计算模型,并通过实例计算分析传统计算模型与整体计算模型下内力产生差异的原因。围岩与初支间接触的模拟需考虑其法向及切向约束作用。软弱围岩对初衬的最大剪切约束力与围岩的黏聚力、内摩擦角及两者所传递的法向压力有关,当围岩与初衬间的剪切力大于最大剪切约束力后,软弱围岩所能发挥的剪切约束与剪切位移、摩擦系数及两者所传递的法向压力有关。因防水板的设置,初衬与二次衬砌仅需考虑其法向约束作用,以仅受压弹簧模拟围岩与初衬及初衬与二次衬砌间的法向约束,可较为真实地模拟接触受压后方能传递压力的特性。传统计算模型下,围岩荷载承担比例的增加对衬砌内力分布形式影响较小,衬砌内力值与围岩荷载基本成同比例变化;整体计算模型下,围岩荷载在初衬与二次衬砌间进行自适应分配,衬砌所受荷载大小及分布形式与传统计算模型下的荷载具有较大差异,因此内力大小及分布形式也随之发生变化。     

加固膨胀土边坡的单排抗滑桩受力性能分析

根据边坡浅表层的膨胀力随深度变化模型,将膨胀力引入到抗滑桩受力分析及膨胀土边坡稳定性分析中。基于4类经典的边坡稳定性极限平衡条分法并考虑桩间局部土体对抗滑桩的摩阻作用,给出膨胀土边坡抗滑桩的剪力计算方法—在给定设计安全系数下以桩身剪力取得最大值为条件迭代计算,得到了是否考虑抗滑桩桩间土体摩擦作用的桩身剪力上、下边界值的解,以及在给定安全系数下的加桩边坡潜在最危险滑面位置的圆弧型滑面搜索算法。对云桂铁路一工点膨胀土路堑边坡实例分析结果表明:考虑膨胀力时桩身剪力较不考虑膨胀力时显著增大,膨胀力越大剪力也越大;若不考虑膨胀力剪力约降低80%~90%,偏于不安全;通过简化Bishop法、Morgenstern-Price法和Spencer法分析得到的抗滑桩剪力结果较为接近,而Fellenius法的计算结果则大于前三者,最大偏差约20%。     

基于结构受力模式主动调整的高速铁路单线隧道预制拼装衬砌设计选型研究

基于荷载-结构模型分析了不同等级围岩条件下350 km/h单线隧道断面整体衬砌内力特征.在此基础上,通过主动调整结构受力,在整体衬砌对应的弯矩极大值处将衬砌结构分为7部分进行预制,分析了不同围岩等级下接头刚度对预制装配式衬砌受力与变形的影响.结果表明:相对于整体衬砌,Ⅲ,Ⅳ,V级围岩条件下预制装配式衬砌最大轴力分别增加5.6%,6.5%,7.3%,最大弯矩分别减少39.9%,43.0%,54.6%,最大横向位移分别增加22.4%,36.4%,64.7%,最大竖向位移分别增加41.8%,44.6%,52.5%;边墙、拱脚和仰拱安全系数略有下降,拱顶和拱肩安全系数大幅增加,接头刚度不宜大于45 MN·m/rad.     

红层软岩地区高速铁路深路堑基底变形规律研究

挖方高边坡基底随时间持续上拱变形如果超出铁路路基设计规范的限值,会严重影响列车的舒适性和安全性。为研究西南地区泥岩夹砂岩挖方高边坡基底持续上拱变形机理,使用FLAC3D软件对挖方高边坡进行弹塑性和黏弹塑性数值计算,并尝试从软岩流变的角度分析挖方高边坡施工完后基底持续上拱变形的规律。研究结果表明:在不考虑流变的弹塑性分析中,挖方高边坡具有明显的边坡开挖效应(卸荷效应),竖向应力随着边坡开挖深度的增加而减小,导致竖向变形逐渐增大,应力变化越大竖向变形也越大;在流变分析中,由于开始阶段的岩体应力调整,基底下一定深度出现竖向压缩变形,随着应力稳定,发生持续上拱非线性变形,并在5年后达到稳定;在流变计算中,由于基底下剪应力与水平应力均有所大幅度增加,基底下各深度的竖向变形小于弹塑性计算的变形,采用泥岩流变计算模型能较好的模拟并解释依托工程案例中挖方路基持续上拱变形现象。     

隧道软硬围岩交接面倾角对震时结构安全的影响

本文研究了交接面倾角对于隧道软硬围岩交接带结构震时安全性的影响,建立了跨越不同交接面倾角隧道的三维模型,对比分析跨越不同交接面倾角的隧道边墙收敛、最大主应力、最大剪应力及内力的变化规律,提出了"减震层+结构加强"的抗减震措施,对提高强震区隧道软硬围岩交接带的震时结构安全性有着重要的意义.