隧道近距大节理硬脆性围岩破裂机理

为揭示近距大节理硬脆性隧道围岩的破裂机理,采用含天然节理的流纹岩开展双轴压缩试验,获得围岩应力分布特征及渐进破裂过程。PFC2D离散元颗粒流程序模拟了节理围岩和完整围岩在双轴压缩作用下的变形及破裂特征,并与室内试验结果进行对比分析。研究结果表明：双轴压缩作用下,含天然节理的隧道试样表现出显著的脆性破坏特征,节理面起裂发生滑移错动,拱顶和底板围岩逐渐拉裂,宏观破裂面穿过大节理并向隧道拱脚、边墙和试样边界扩展,造成试样的最终失稳破坏;PFC2D数值模拟结果显示,大节理面附近裂隙集中发育,并迅速扩展形成与节理大角度相交的破裂面,试样峰前破裂过程短暂,峰后裂隙加速扩展而承载力急剧下降,数值模拟与试验结果吻合;近距隧道大节理显著影响硬脆性围岩的破裂模式,大节理的剪切滑移引发试样的宏观破裂,靠近大节理的拱脚十分破碎,而边墙则形成“V”形破碎区。研究成果为节理隧道围岩的支护设计和防灾减灾提供参考。     

节理产状对隧道光面爆破成形效果的影响研究

以吉林省某隧道工程为依托,研究了节理产状对隧道光面爆破成形效果的影响。通过机理研究、试验分析以及ANSYS/LS-DYNA动态有限元数值模拟三种方法的综合研究,得出当闭合型节理与炮孔连线夹角大于70°时,节理对光面爆破成形效果无明显影响,夹角不满足条件时,岩体将沿着节理面方向和垂直节理面方向发生破坏,形成之字形锯齿状断裂面,夹角等于45°时,断裂面凹凸度最大。     

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。     

基于断裂理论的节理岩体等效弹模的研究

为了研究无填充断续节理岩体的力学特性,假定岩体中的节理类似于断裂力学中的裂纹,利用裂纹扩展的能量释放率理论,结合弹性力学中的Betti互易定理,推导出了在平面应力状态下一组闭合节理平板的等效弹模,并考虑到节理之间的相互影响,对其进行了相应的修正;同时进一步推导了三维含无填充断续节理岩体在闭合状态下的等效弹模。最后得出节理岩体的等效弹模与节理的几何形态及其力学参数以及节理是否闭合有关。     

随机形貌岩石节理剪切破坏分析

基于三维高精度形貌扫描技术和节理剪切试验及数值模拟,研究随机形貌岩石节理剪切的节理表面破坏过程及机理。利用自定义参数(节理面破坏量Vd、破坏增量Vd-inc)定量分析节理面破坏过程,并基于节理表面破坏特征将随机形貌岩石节理剪切破坏过程细化为6个基本阶段。研究结果表明:节理表面破坏开始于破坏起始阶段,主要发生在整体破坏阶段,节理面整体破坏阶段的破坏量占整个剪切过程总破坏量的70%以上。节理表面破坏主要为剪胀伴随凸起体顶部剪断和沿凸起体根部剪断,前者比后者更迅速。节理面凸起体根部易产生拉伸裂纹,但整体破坏形式以剪切破坏为主。     

反射波初至时刻判断中的信号对比法

在地表波动测试中,若不考虑上部岩层不均匀性,与发射点距离相等的测点上测得的振动信号理应吻合,而当某测点最先有节理面反射纵波传播至时,其振动信号就与其它测点振动信号发生偏离,故可通过信号对比判断出该测点处节理反射波初至时刻,该方法应用于实测信号,判断出的节理反射波初至时刻误差<1%.     

法国南部阿尔卑也山脉的微构造研究

通过对法国南部阿尔卑也山脉区微构造(张节理、微断层、小型褶皱等)的系统测量,运用数值计算法、垂直两面角法等研究方法进行分析、图解和计算,获得了这个地区自早白垩世以来的七个构造变形期及其变形的性质和主应力轴的产状。研究结果表明,微观构造不仅反映了宏观构造所显示的构造变形期,而且还显示了宏观构造所不能反映的微弱构造变形期。     

基于三维重构的隧道围岩稳定性快速分析及动态反馈

节理的存在降低了岩体的完整性和连续性,对隧道围岩的稳定具有重要影响,若支护不及时或强度不够将会严重威胁施工安全。本文依托井冈山特长隧道,提出了基于三维重构、块体理论的隧道围岩稳定性快速分析方法,动态反馈、指导设计施工方案优化。针对中风化砂岩、Ⅳ级围岩区段,通过地质素描与统计分析,建立基于节理特征的三维重构地层模型;运用块体理论,分析隧道开挖时临空面关键块体分布、失稳形式及安全系数;提出围岩稳定性动态反馈方法,并对比分析不同支护方案。研究表明:开挖后围岩稳定性较差,必须采取相应的支护措施,根据动态反馈明确在实际施工时必须严格按照原设计方案施作锚杆支护。基于三维重构的围岩稳定性快速分析及动态反馈,可以实现施工过程中地质数据的动态采集、分析与反馈,及时依据实际开挖地层条件,动态调整支护体系,确保结构的经济安全性。     

三维节理元与有限元和无界元的耦合原理及应用

提出了三维有限元、无界元与节理元的耦合系统,利用该系统模拟并分析了含有节理夹层不均匀坝基的应力和位移分布情况.结果表明,该系统既反映了实际单元情况,又具有良好的精确度.     

节理倾角及组数对铁路隧道围岩稳定性的影响

我国西南地区崇山峻岭、地质构造条件复杂多变,岩体内部节理、片理、层理发育。隧道穿越节理发育围岩时,极易引发围岩大变形、掌子面失稳坍塌、钢架变形扭曲、初支掉块和二次衬砌开裂等工程灾害。为了分析节理对隧道围岩稳定性的影响规律,依托玉磨铁路西双版纳隧道,利用ABAQUS建立计算分析模型,得到不同节理条件下围岩塑性破坏特征。(1)节理对称分布时,节理屈服、围岩塑性应变呈现出对称分布于拱部、两侧拱肩和仰拱两侧区域的特点。(2)节理倾角较陡时,岩体性质是影响主控因素;节理倾角较平缓时,围岩发生沿节理面的剪切滑移破坏,节理是围岩整体发生塑性破坏的主控因素;当节理倾角为60°或120°时,围岩的塑性应变最大,最大塑性应变为0.197。(3)当节理倾角为90°时,围岩及节理屈服区域主要沿着节理方向垂向分布,且影响范围深入地层中。(4)2组节理条件下造成围岩塑性破坏的主要原因是节理面的塑性屈服;当节理倾角组合为60°+90°时,围岩的塑性应变最大,最大塑性应变为0.521。