圆形巷道脆岩弹塑性耦合解析解

文章针对静水压力作用下的弹-脆-塑性圆形巷道,采用弹塑性耦合模型进行了围岩应力和位移的解析研究,采用线性的Mohr-Coulomb准则和非关联流动法则推导了圆形巷道岩体应力和变形解析解;从理论上确定了峰值后区岩石的强度参数与弹性模量之间的限定性关系,分析了不同峰后弹性模量劣化程度下圆形巷道围岩应力和变形规律。研究结果表明,弹性模量的劣化不会改变围岩塑性区范围和应力分布状态,但会引起围岩变形量的剧增。     

浅析钢筋混凝土非线性有限元分析

近年来,钢筋混凝土非线性有限元理论获得了重大发展,与线弹性分析方法以及常规计算模型相比,非线性有限元方法具有适应性强、力学概念明确、分析精确等优点。本文阐述了钢筋混凝土结构非线性有限元分析的重要意义,并介绍分析了钢筋与混凝土间的关系模型,及混凝土材料的本构关系模型与混凝土单元的裂缝模式与破坏准则。     

压力容器大开孔结构的极限载荷分析

为防止压力容器大开孔结构塑性垮塌，保障结构安定性，利用ANSYS软件分别按载荷系数法和塑性垮塌载荷法对某压力容器大开孔结构进行极限载荷分析，采用极限载荷法和弹性应力分类法相结合的方法，结果表明结构满足总体准则、局部准则和安定性要求。给出了大开孔结构极限载荷分析求解过程，可为极限载荷分析法的应用提供借鉴。     

基于D-P屈服准则考虑渗流影响的深埋有压圆形隧洞弹塑性解

山岭深埋隧洞具有丰富的地下水,有压隧洞在施工和运营的不同工况条件下,隧洞围岩第一主应力会发生变化。为了研究有压隧洞施工和运营阶段的地下水的渗流影响,文章基于D-P屈服准则,在平面应变条件下推导了深埋有压圆形隧洞第一主应力分别为径向应力和切向应力时考虑渗流影响的弹塑性解。结果表明:D-P准则模型计算结果与M-C准则计算结果基本吻合,且计算结果较M-C准则偏于安全,验证了该模型的正确性;考虑渗流作用时弹性区径向应力和切向应力随着径向距离的增加不再关于地应力对称,且随着渗透压力的增大,其偏离地应力程度越大;同种条件下,低内水压阶段随着渗透压力的增大塑性区半径增大,高内水压阶段随着渗透压力的增大塑性区半径减小。     

基于裂后线性软化模型的钢筋钢纤维混凝土盾构管片应用研究

通过开口梁三点弯曲试验研究了钢纤维混凝土的裂后塑性行为,选取了裂后线性软化模型作为盾构管片的材料模型,并在内力等效原则下,计算得到了由弹性弯拉残余强度表示的裂后线性软化模型下的塑性轴拉残余强度.通过截面静力平衡方程,引入塑性轴拉残余强度,得到了适用于大、小偏压条件下的钢筋钢纤维混凝土结构正截面承载力计算公式,完善了钢筋...     

基于Zienkiewicz-Pande准则的隧道/巷道围岩弹塑性分析

Zienkiewicz-Pande准则是Mohr-Coulomb准则的改进。文章基于Zienkiewicz-Pande屈服准则,考虑中间主应力作用的影响,通过结合平衡方程推导出了隧道/巷道围岩弹塑性应力、塑性区半径及位移的解析解。在此基础之上给出了具体算例,分析了中间主应力对Zienkiewicz-Pande准则解的影响,最终分别基于Zienkiewicz-Pande准则和Mohr-Coulomb准则对塑性区半径和围岩应力分布进行对比分析。研究结果表明,Zienkiewicz-Pande准则适用于隧道/巷道围岩的弹塑性分析,合理地选用Zienkiewicz-Pande准则对于工程实践具有较大的参考价值。     

沉积岩水力压裂问题数值模拟及解析解研究

在岩体隧道工程的勘测、施工、运营整个过程中,水力压裂是一种需要重点关注的力学机制。文章针对层理性沉积岩材料,运用有限元断裂损伤模拟和解析推导两种手段开展水力压裂问题研究。基于多场耦合有限元分析软件,结合线弹性断裂准则与损伤本构模型,二次开发了可以表征微裂纹的渗流-应力-损伤耦合岩石模型,并应用于饱和渗流岩体水力压裂过程,通过引入弥散的平行微裂纹表达沉积岩的层理,建立沉积岩圆筒模型模拟孔径注水、外加围压条件下的水力压裂行为,研究其压裂破坏模式及渗流分布模式。另外,通过变化孔径和围压,探讨临界起裂水压与围压、试件孔径的定量关系。为了验证数值模拟所得起裂压力规律,基于渗流理论和弹性力学基本方程,结合模拟中得到的张拉破坏模式,推导了均质线弹性渗流岩体圆筒的临界起裂水压公式。解析与数值计算结果对比显示,两种途径得到的起裂压力吻合很好,偏差呈现在3%以内;围压越大,起裂压力越大,两者近似呈线性关系;孔径越小,起裂压力越大,两者在一定范围内近似呈负斜率线性关系。同时,起裂压力解析解总是略大于数值解,这反映出解析方法与数值方法基本材料假设不同所造成的影响。在材料性质参数一致时,基于理想线弹性体假设得到的起裂压力会大于引入初始损伤层理的材料算得的起裂压力。     

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。     

收费站广场高粘高弹改性沥青SMA-13面层应用技术

针对深圳地区高温与渗水的特点,将一种高粘高弹改性沥青应用于广深沿江高速国际会展中心收费站广场。根据高粘高弹改性沥青混合料试验结果可以得出以下结论:高粘高弹改性沥青延性较好,稠度大塑性好,弹性恢复较好,加热稳定性好。级配B空隙率较小,稳定度值较大,可以作为最佳级配。分析6.2%的油石比稳定度值、残余稳定度值和谢伦堡析漏损失,确定其为最佳油石比。高粘度改性SMA沥青混合料的高低温性能较好。高粘度改性SMA沥青混合料对于动荷载大、水平剪切力大的收费站广场更加适合。     

冲焊结合的新型预应力锚垫板及锚下受力分析

文章针对铸铁锚垫板在运输和张拉过程中易脆断的问题,提出了冲压与焊接结合的新型锚垫板,并对该新型锚垫板的结构力学性能及锚下应力进行数值分析。同时依据AASHTO相关规范,采用ANSYS有限元软件对新型锚垫板以及同种规格的OVM圆塔形锚垫板的荷载传递试验模型进行对比分析,研究锚垫板结构受力性能和锚固区传力性能。研究结果表明,冲焊结合的新型预应力锚垫板的结构设计合理,能满足工程需求,改善了结构受力且节约了材料用量。     

节理岩体隧道围岩稳定性判定指标合理性研究

隧道围岩失稳模式和稳定性判据一直是工程界争论的焦点,迄今没有科学合理的标准,常以洞周位移或塑性区经验值作为稳定性判定指标。洞周位移受围岩弹模、隧道形状等因素影响,而且不同部位变形值差异很大,很难找到统一标准;以塑性区作为稳定性判据优于以位移作为判据,围岩塑性化反映连续介质宏观塑性流动力学动态,而不能用于量化判定由优势结构面控制节理岩体破坏的隧道稳定性。文章结合细观节理形态和变化,通过UDEC离散元程序,研究节理岩体隧道失稳模式及量化的稳定性判定指标,探讨了细观结构机制和宏观力学行为关系。结果表明:(1)结构面极大地削弱岩体力学性质及其稳定性,结构面变形与强度性质对于隧道稳定性起着关键控制性作用;(2)节理岩体隧道扰动区可划分为脱落区、张开区和剪切滑移区,其中脱落区表征围岩失稳模式,张开区围岩处于脱落临界状态,即塌方潜在区域;(3)剪切滑移区是诱发围岩发生渐进性破坏主因,提出将剪切滑移区作为节理岩体隧道稳定性判定指标具有严格力学依据,可以定量化评价围岩稳定程度。最后,以在建兰渝铁路木寨岭隧道为例,对比了锚杆支护前后力学效应,验证了以剪切滑移区作为节理岩体隧道稳定性判定指标的可靠性、合理性和现实性。     

深埋隧洞围岩应力分布与破坏机理

深埋隧洞围岩高应力破坏机理是研究深埋岩体力学特性和深埋地下工程实践中被关注的一个重要认识问题,深埋条件下围岩应力和围岩强度之间的矛盾更加复杂和典型,也成为认识问题的基本出发点。文章介绍了深埋隧洞开挖时不同部位围岩应力的变化路径;通过对比锦屏辅助洞出现的围岩破坏现象,分别论述了导致边墙松弛型破坏、应力集中部位的片帮破坏和岩爆破坏的围岩应力变化特征,在一定程度上解释了这些破坏的内在机理;并通过采用数值方法再现脆性围岩V型破坏形式,分析探讨了脆性围岩高应力破坏的局部化问题;指出了深埋岩石力学研究中的几个重要环节,如岩体力学特征的尺寸效应和应力路径效应等对准确认识深埋隧洞高应力破坏内在机理的重要意义。     

隧道震裂岩体围岩分级方法初探

汶川地震产生了大量的震裂松动山体,为合理评价在这些震裂山体中新建隧道的围岩级别,通过极震区在建隧道现场震裂岩体调查,对震裂岩体特征及其对围岩稳定性的影响进行了分析。震裂岩体是一种受强烈地震波作用后,岩体结构面更加发育,层间结合更差的一种岩体;并且硬质岩和软质岩的震裂特征不同,硬质震裂岩体易产生集中式张裂缝和松动,软质震裂岩体易产生体积式松弛变形。在此基础上,提出了岩体震裂等级,划分为轻微、中等、强烈三种级别,并建立了震裂岩体围岩分级的修正方案,即:轻微震裂岩体对围岩稳定性影响不大,可不考虑降低围岩级别,或者降低0.5级;中等震裂岩体对围岩稳定性有不利影响,围岩级别降低0.5～1级;强烈震裂岩体对围岩稳定性影响极为不利,围岩级别降低1～1.5级。     

软弱围岩隧道抗震设防措施

隧道的抗震设防一直只注重结构的强度,而忽视了结构的变形能力和软弱围岩的抗震能力.对软弱围岩隧道震害机理和抗震设防措施的分析表明:锚杆(锚管)和围岩注浆加固措施能提高软弱围岩的抗震性;合理的结构刚度、高性能的建筑材料和高阻尼结构能改善衬砌结构适应地震位移的能力;减震层、抗震缝和预留错台能减轻震害影响.     

板裂围岩结构弯曲失稳分析

文章分析了板裂结构地质背景及板裂介质岩体特征,研究了板裂围岩破坏模式及力学机理,并结合工程实例,利用随机有限元模型对板裂结构屈曲破坏进行分析。     

基于ASP.NET技术的围岩分级系统开发

文章介绍了开发的基于互联网的围岩分级系统。该系统以ASP.NET技术为基础,结合了数据库技术、支持向量机技术、MATLAB接口等技术,实现了掌子面围岩信息的编录存储、围岩级别的智能判别等功能,并能使设计、专家、业主等人员通过互联网就可以及时了解到掌子面的围岩状况,对围岩级别进行综合判定,提高了隧道施工的信息化程度。     

Controlling Structural Deformation of Surrounding Rock Passed by a Deep-Buried Tunnel北大核心CSCD

Layered rock masses with rapid and serious initial deformation and anisotropy regarding the spatial dis-tribution of the failure are encountered during the construction of many large and deeply buried tunnels on the Lan-zhou-Chongqing railway. It is difficult to deal with the resulting problems with conventional control measures, and additional support measures are frequently needed, which significantly affects construction. Focusing on this special large non-linear deformation, the failure mechanism of the large structural deformation of layered rock masses is thor-oughly analyzed by geological site surveys, laboratory tests, site tests and 3DEC discrete element numerical simula-tion. The research results show that high geostress induces rapid and strong squeezing deformation after excavation in low-strength rock masses, and anisotropy of the layered rock mass controls the stress redistribution after excava-tion and the asymmetrical distribution of tunnel section deformation. Based on the asymmetric deformation mecha-nism of the rock mass, a directional support measure for the disturbance anisotropy of the layered rock mass is pro-posed as a rock mass control to reinforce it in an active way. © 2018, Editorial Office of "Modern Tunnelling Technology". All right reserved.     

高烈度地震区隧道洞口段地震安全性分析及评价

目前,有关高烈度地震区山岭隧道地震安全性分析与评价的研究尚不多见。文章以国道318线黄草坪2#隧道为工程原型,在数值模拟计算和振动台物理模型试验结果分析的基础上,分别从洞口边坡、洞门建筑、洞口段衬砌及围岩三个部位对该隧道洞口段进行地震安全性分析,并结合各部位拟设抗、减震措施,对其进行了整体地震安全性评价。结果表明,该隧道洞口段在设计地震作用下是足够安全的。     

近距离平行隧道开挖的三维有限元数值分析

利用3D-σ有限元程序对近距离平行隧道的三种典型开挖方式进行了三维数值模拟;分析了在三种不同开挖方式下地面沉降槽形状及发展、土体和隧道的位移特征、岩体横向位移、衬砌内部应力;同时对相向同步开挖的各施工步进行了位移分析。数值分析结果表明,近距离平行隧道采用相向同步开挖对岩层扰动相对较小、地表及隧道位移量较低、衬砌时的应力较小。相向同步开挖与同向开挖时地表沉降槽的形状明显不同。     

基于工期目标的单跨四车道市政隧道施工优化研究

贵阳南垭路三号隧道为两座分离式的单跨四车道市政隧道,最大开挖跨度21.878 m,最大开挖面积为245.7 m^2,处于喀斯特地貌区,地下岩溶和岩石节理裂隙发育,围岩破碎且施工工期紧。基于以上施工背景,文章开展基于工期目标的软弱破碎围岩单跨四车道市政隧道施工优化研究。首先利用强度折减法对裸洞围岩稳定性进行定量评价,发现Ⅳ级围岩裸洞具有自稳条件,Ⅴ级围岩裸洞则不满足安全系数要求;在此基础上结合不同工法的施工模拟和工期推演,对施工方案进行优化,最终确定了南垭路三号隧道在Ⅳ级围岩地段采用三台阶五步法施工,Ⅴ级围岩地段采用双侧壁导坑法施工的方案;最后对洞身Ⅳ级、Ⅴ级围岩地段工法转换进行优化,将施工工期提前了9个月,创造了显著的经济和社会效益,研究成果可为今后类似工程的修建提供借鉴。