对不同土体参数盾构施工地表沉降数值分析

以盾构法施工隧道为研究对象,采用Flac3d软件模拟盾构开挖过程,基于摩尔-库伦屈服模型,应用控制变量法分别对不同弹性模量、内摩擦角、粘聚力、膨胀角和泊松比土体进行模拟。结果表明:地表沉降槽近似正态分布曲线,隧道围岩的弹性模量和黏聚力越大,地表沉降越小;泊松比、内摩擦角和膨胀角越大,地表沉降也越大,提出通过减少围岩扰动和提高围岩性质两种控制盾构隧道地表沉降的方法。     

偏压隧道大变形对岩石力学参数敏感性分析

片岩偏压隧道开挖过程中产生大量大变形问题,严重影响工程进度。为了给隧道围岩稳定性分析及支护设计提供必要的围岩力学参数选取依据,采用数值模拟方法,研究了隧道变形对围岩力学参数(弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角)的敏感性。     

深基坑桩锚支护结构变形的土体参数敏感性分析

为研究土体参数对深基坑桩锚支护结构变形的影响,利用有限元软件建立基坑计算模型,分别针对不同弹性模量、内摩擦角、黏聚力及泊松比对支护桩水平位移的影响进行敏感性分析,研究结果表明:增大土体弹性模量、内摩擦角和黏聚力,基坑支护桩变形量会逐渐变大;增大土体泊松比,基坑支护桩变形会逐渐变小;基坑支护桩水平位移最大水平位移发生在靠近桩中位置。研究结果可为不同土体参数的深基坑桩锚支护结构工程设计提供理论参考。     

路基填筑土体参数对邻近桩基位移变化影响分析

以实际工程为例,采用数值模拟方法,分析路基填筑对临近桩基变形影响,并分别考虑填筑土的压缩模量、内摩擦角、粘聚力和桩体的弹性模量对桩顶沉降和侧向位移的影响,得到以下结论:桩身整体发生沉降,最大值为2.5 mm,桩体整体向右侧变形,桩顶水平位移最大,最大值为45.8 mm,且随着桩深的增加,其侧向位移逐渐减小;增大填筑土的压缩模量、内摩擦角、粘聚力和桩体的弹性模量均可减小桩顶侧向位移,且效果依次降低,对于桩顶沉降位移,通过增大上述4个参数后,其减小效果不明显;增大填筑土的压缩模量、内摩擦角对减小桩顶沉降效果明显,在工程上可以合理利用。     

加筋土路堤内部稳定的可靠指标分析

为了完善加筋土路堤可靠性设计方法,运用蒙特卡罗法对设计参数随机变量与加筋土路堤内部稳定可靠指标的关系进行分析。通过数值计算发现,密度越小,粘聚力、内摩擦角、筋材抗拉强度和筋土似摩擦系数越大,加筋土路堤内部稳定性越好,加筋土路堤内部稳定可靠指标对设计参数变异性均较敏感,除内摩擦角外,其余设计参数的不同概率模型以及不同公路等级设计荷载对加筋土路堤内部稳定性影响不大。因此,在加筋土路堤可靠性设计中,建议采用密度小、粘聚力和内摩擦角大的填料以及高强度筋材,并且重点考虑内摩擦角的变异水平。当无法准确确定设计参数所服从的概率模型时,建议假定填土的密度服从极Ⅰ型分布,而粘聚力、内摩擦角、筋材拉力和筋土似摩擦系数服从正态分布,所得到的结果偏于安全。     

膨胀土的强度与力学特性

通过三轴试验与侧限压缩试验,研究了膨胀土的强度、超固结性和压缩指标;建立了胀缩指标与抗剪强度的关系,分析了膨胀土的结构特征、矿物成分及外界条件等因素对其变形和强度的影响。研究结果表明:膨胀土具有超固结性,且超固结性越明显,从峰值强度达到稳定强度状态时所需的变形越大,抗剪强度也越大;裂隙越发育,其压缩性越高,超固结性越弱,抗剪强度指标越小。给出了膨胀土抗剪强度指标的变化范围:固结排水条件下的粘聚力变化范围为19.8～25.5 kPa,内摩擦角变化范围为10°～19°;固结不排水条件下的粘聚力变化范围为23.0～35.3 kPa,内摩擦角变化范围为3°～14°;不固结不排水条件下的粘聚力变化范围为37.0～55.0 kPa,内摩擦角为0°。     

高地应力下层理对层状软岩隧道稳定影响研究

西部地区深埋长大隧道由于地应力高、软弱互层围岩等特殊地质条件使隧道的开挖容易产生大变形,给施工造成很大困难。以甘肃尖山隧道高地应力互层软岩段施工为背景,采用离散元软件3DEC对不同层理特征条件下隧道稳定性进行分析。研究结果表明：(1)互层软岩层理的切割作用越强烈,围岩的自稳能力越差,围岩变形越大,支护受力越大,隧道越不稳定;(2)随着层理倾角趋于水平或者垂直,围岩的变形与支护结构内力分布趋于对称,支护结构受力更加合理;(3)层理黏聚力较低时,提高层理黏聚力,对围岩的稳定性起到的提高作用有限;(4)随着层理摩擦角的提高,对围岩最大变形的影响并不明显。     

高地应力层状软岩隧道大变形预测分级研究

为探明高地应力层状软岩隧道的非对称变形破坏规律及其支护结构的非对称受力特性,结合碳质千枚岩力学特性与变形破坏机制的各向异性特性,对层状软岩隧道围岩的非对称变形破坏特征进行了分析. 在93座典型高地应力层状软岩隧道变形数据的基础上,系统性地分析了隧道拱顶沉降、水平收敛、最大变形量与地应力、岩体抗压强度、隧道埋深之间的关系. 研究结果表明:高地应力层状软岩隧道的变形量与最大地应力、岩体抗压强度、埋深的分布较为离散,在一定地应力、岩体强度或埋深条件下,隧道变形量既存在于高值区间,也存在于低值区间;隧道变形量随地应力的增大、岩体强度的降低、埋深的升高逐渐向高值区间靠拢,高地应力层状软岩隧道大变形是高地应力、软弱围岩、层理弱面耦合作用的结果;基于隧道最大变形量与隧道强度应力比的幂指数变化规律,提出了高地应力层状软岩隧道的大变形预测分级指标.      

基于局部变形测量的粉质黏土变形参数

为考察测量方法对原状粉质黏土变形参数的影响,用配置局部位移传感器的三轴测试系统,进行了多组固结排水剪切试验,分析了测量方法对应力-应变关系、抗剪强度的影响,研究了小应变范围内泊松比和刚度的变化特征.结果表明:局部变形测量的有效内摩擦角比整体变形测量减小4.5%~6.0%,有效粘聚力提高5.7%~14.0%;剪缩峰值之前,局部变形测量、整体变形测量及进排水量法的体应变基本相同,峰值之后局部变形测量的体应变最大,进排水量法最小;小应变范围内局部变形测量的刚度值高于整体变形测量,二者约相差1倍;轴向应变小于0.2%时,加载初期泊松比随轴向应变增大而增大较快,后期减缓并渐趋稳定.      

高应力软岩隧道衬砌结构探讨

在高应力软岩段,围岩压力大、围岩变形具有明显的时间效应,高地应力软岩隧道的支护结构要能够适应、协调围岩的大变形,释放围岩的压力,同时保障结构本身能够持续不断提供支护阻力而又不出现开裂、塌方现象。以某高速公路高应力软岩段为例,隧道支护结构采用临时防护罩+刚性初期支护+二次衬砌的组合型式,并通过数值计算、现场监控量测等方式验证了方案的合理性,对类似工程的设计有一定的借鉴意义。     

基于三台阶七步开挖法的三车道公路隧道 极限位移研究

为确定实际工程中大跨度隧道的变形基准，结合特征曲线法讨论了公路隧道极限位移的定义，给出基于三台阶七步法的初期支护极限位移确定方法；找出极限状态下各控制点的位移关系，即预警位移、容许位移和极限位移；基于三车道隧道设计洞形，采用连续体弹塑性有限元模 型，按同一围岩级别中的物理力学参数分位值组合计算，分析了不同埋深条件下的三车道初期支护极限位移，并进行t 分布统计，得出基于工法的三车道公路隧道初期支护相对极限位移基准值；对比分析同一围岩、同种工法在不同埋深及相同埋深条件下，隧道围岩表面的位移变化规律；研究同种工法、相同埋深条件下，弹性模量、黏聚力、泊松比、内摩擦角与位移曲线的关系；对比分析基于三台阶七步开挖法的现场监测数据，得出围岩变形的规律基本上符合计算结果的判断，即该方法的合理性得到验证。     

公路隧道围岩变形破坏理论研究

采用理论分析、数值模拟以及现场监控量测等手段对公路隧道围岩变形破坏理论进行较深入的研究。通过分析开挖过程中围岩损伤演化,获得了损伤变量与围岩材料参数之间的关系,提出了围岩力学参数的预测方法。通过岩体破坏机理、围岩损伤应力影响范围以及影响围岩稳定性的各个因素综合研究,建立了卸荷状态下的围岩损伤本构关系和基于能量耗散的损伤本构模型。基于一般弹塑性数值分析原理,建立了考虑围岩参数劣化过程的隧道围岩损伤演化分析方法,分析了开挖应力状态下隧道围岩的弹塑性损伤演化机理。建立了基于经验公式和基于围岩渐进性破坏理论的公路隧道围岩压力演化趋势及预测模型,提出了公路隧道围岩压力演化趋势的预测方法。     

近水平软硬互层围岩公路隧道初期支护内力分析

将近水平软硬互层围岩等效为横观各向同性岩层,推导其密度、弹性模量、泊松比等材料参数。以广南高速公路文家垭隧道为分析对象,根据横观各向同性围岩参数建立平面应变有限元模型,结合现场测试数据分析近水平软弱围岩台阶法施工过程中初期支护的受力状态。研究表明:上台阶开挖后初期支护受轴向压力,拱顶和拱墙腰向内弯,而拱腰向外弯;下台阶开挖后,初期支护继续受轴向压力,拱顶和仰拱向内弯,拱腰和拱墙腰向外弯。研究结论与拱顶沉降和拱底隆起现象相符合。     

软弱夹层边坡变形性状及其影响因素分析

介绍了含软弱夹层边坡稳定性的研究现状;运用有限差分软件FLAC 3D,针对5种工况进行了数值模拟,重点分析了含有软弱夹层的岩质边坡几何特征及软弱夹层力学参数,如边坡坡高、坡角、软弱夹层倾角、黏聚力和内摩擦角等对岩体边坡位移的影响规律及其工程意义.     

基于数值方法的超深竖井围岩力学特性变化规律研究

依托洞宫山隧道送、排风竖井,采用理想弹塑性材料本构关系及莫尔一库伦屈服准则,建立了三维有限元模型,对围岩受力及变形特征进行了分析．给出了围岩的应力与位移分布特征以及竖井周边特征点的变形大小．同时,把竖井简化为三维平面轴对称受力模型．利用弹性力学知识解答,得到了解析解．通过解析解与数值模拟的结果对比分析,得到了竖井围岩的变化规律,为超深竖井的施工提供参考．     

Rock Pressure on Tunnel with Shallow Depth in Geologically Inclined Bedding Strata

Introduction Ithasbeenpracticallyprovedthatthecorrect analysisandcomputationoftheloadsinducedby rockmassandpressuresexertedontunnelstructureare prerequisitestomakearationalstructuredesignand ensurethesecurityoftunnelingroundstrata[1-5].Whenatunnelistobede…     

Experimental research on the mechanical properties of gypsum breccia with different water content

This paper deals with the influence of water content on the mechanical properties of gypsum breccia with different initial water contents. The experimental research was taken on the GDS (geotechnical digital systems) tri-axial experiment system by strain rate control. The mechanical properties,including stress-strain curves,peak deviator stress,relative residual strength,elastic modulus,Poisson's ratio,angle of internal friction and cohesion of gypsum breccia,were studied by experiment. The results showed t...     

岩质边坡物理模型试验相似材料研究

岩质边坡物理模型试验中相似材料的选取与制作,通常只是考虑密度、粘聚力、内摩擦角和弹性模量参数在数值上的相似关系,并未考虑相似材料是否能够再现复杂应力条件下岩石的强度和变形特性. 为了解决这一问题,通过统计分析汶川地震所诱发滑坡的地层岩性,选取其中常见的石英岩和砂岩作为沉积岩原型;确定相似材料制备的主要控制指标以及试样成型方法,并分别采用两种常用的地质模型相似材料制备方法,在实验室制备其三轴压缩试验标准试样;开展两种相似材料标准试样的三轴压缩试验,研究其在不同围压条件下的应力应变特性与破坏模式. 试验结果表明:不同围压条件下,实验室制备的两种相似材料标准试样在剪切破坏之前的应力应变曲线变化规律同实际的岩石原型相符,表现为线弹性关系;相似材料标准试样所受围压与其单轴抗压强度的比值不同的情况下,试样剪切破坏时所受偏应力与其单轴抗压强度的比值与实际岩石原型三轴试验中的比值相近,但相似材料试样的破坏应变均小于实际岩石原型的破坏应变.      

Experimental study on mechanical properties of weathered rock covered by loess

Based on dynamic triaxial test, the mechanical properties of the weathered rock covered by loess were studied. The cohesion value of weathered mudstone is far below that of the weathered sandstone, while the internal friction angle values are basically equivalent, about 30°. Compared with the undisturbed sample, the cohesion value of remodeling weathered rock sample decreases significantly. With the increase of moisture content, the strength of weathered mudstone is obviously decreased due to the influence of the water softening effect. This results illustrate that the bearing stratum is not easily affected by external disturbance in comparison to weathered mudstone. In the engineering, in order to ensure the good mechanical properties of the soil, more attention should be paid to keeping the water content constant, even to reducing the water content. The experiments show that the relations between shear stress and strain of weathered rock were nonlinear and the behavior of weathered rock can be expressed by the hyperbolic model. The initial modulus of undisturbed weathered rock, under the same consolidation conditions, is much greater than that of remodeling samples. Meanwhile, the initial dynamic elastic modulus of sandstone is also greater than that of the mudstone. The dynamic shear modulus ratios of the undisturbed sandstone, the undisturbed mudstone, as well as the remodeling mudstone have the normalization characteristics with the increase of dynamic shear strain. The damping ratio of mudstone is larger than that of the sandstone, and the damping ratio of remolding sample is also greater than that of the undisturbed mudstone. The mudstone has the bad mechanical properties as bearing stratum.