节理对泥岩隧道稳定性影响分析

基于施工中常见的多节理岩体隧道开挖,通过数值模拟分析开挖后围岩塑性区分布,初支收敛位移、竖向位移分布特征,压剪应力以及初支塑性破坏区随节理力学参数及节理倾角的变化特征,研究节理对泥岩隧道稳定性的影响,结论如下:水平节理使拱顶及仰拱周边围岩的塑性区增大,相同节理力学参数,在节理倾角为15°、75°及90°时塑性区范围较大;收敛位移峰值多出现在拱脚或边墙处,竖向位移绝对值峰值均在拱顶,水平节理可在边墙施作锁脚锚管进行竖向位移控制,其他节理倾角软弱夹层工况,还需在锁脚锚管中注浆加固洞周岩体;各工况衬砌均是全环受压,且衬砌净空侧压应力大于围岩侧,衬砌塑性破坏受压剪应力控制。相同节理力学参数,在节理倾角为45°时压剪应力最小,在节理倾角为75°时压剪应力最大。     

节理岩体隧道的稳定性分析及破坏机理

以往只有位移,应力,尺寸和塑性区分布在分析节理岩体隧道的稳定性时考虑。这样,既不可以明确发现破坏面的位置和范围,也不能得到的安全系数量化标准。定量分析节理岩体隧道稳定性模型试验与数值分析在本文得出了研究。通过使用有限元强度折减法计算破坏状态和节理岩体隧道的安全系数。结果表明,联合倾角对破坏面的位置产生更大的影响。如果α＝0°时,破坏面对称分布在两侧;如果α＝30°和45°,滑动面旋转节随理倾角的变化,并相应地分布在节理的上下部分;如果α≥60°,破坏面转移到底部。特别地,如果α＝90°时,可形成拱顶的中间破坏面。安全系数结果表明,安全系数降低了不同程度的节理岩体隧道同质隧道,但节理倾角对安全系数的影响不大相比。节理间距和强度的降低,安全系数降低。     

非连续面倾角对岩体隧道工程稳定性影响研究

非连续面的倾角决定着工程的选址、走向以及开挖后的稳定性.通过有限元分析软件模拟得出:水平非连续面使隧道顶部产生应力集中;竖直非连续面使隧道底板部分的水平拉应力增大;倾斜非连续面使靠近它的隧道部分剪应力及变形增大,但可减小隧道底板水平拉应力.     

层状千枚岩隧道地震动力响应不对称性研究

为研究不同层理面倾角的炭质千枚岩对隧道结构地震动力响应特征的影响,依托汶马高速卓克基隧道,对现场采集的炭质千枚岩试件进行了轴向压缩试验,并基于有限差分软件FLAC 3D,建立了单轴压缩试验的数值模型,对层状地层基质岩体和层理面的各项力学参数进行了敏感性分析。结合千枚岩试件的轴向压缩试验结果,对地震模拟计算需要的层状岩体各项力学参数进行了标定。隧道的地震计算在FLAC 3D中进行,采用遍布节理模型。结果表明:层理面倾角θ的大小会显著影响千枚岩的力学特性,对于岩体强度,θ为0°时最大,为90°时次之,为60°时最小;对于岩体弹性模量,θ为90°时最大,为0°和60°时较小且相近;倾角为90°及0°时,千枚岩在单轴压缩试验中发生张拉破坏,倾角为60°时发生剪切破坏;在常规三轴压缩试验中均发生剪切破坏。通过对层状千枚岩各项力学参数的敏感性分析可知,在倾角为90°时,可以标定基质岩体的弹性模量E和泊松比μ;在倾角为0°时,可以标定基质岩体的黏聚力c和内摩擦角φ;在倾角为60°时,可以标定层理面的黏聚力cj和内摩擦角φj。层状千枚岩隧道的地震动力响应特征与层理面倾角显著相关;对于层理面倾角为0°和...     

漳龙高速公路扩建隧道围岩力学特性三维有限元分析

为分析隧道扩建过程中围岩的力学特性,确保施工期间围岩的稳定性,以漳龙高速公路后祠隧道扩建工程为依托,建立了反映实际地形的三维有限元模型,对后祠扩建隧道施工期间地表沉降、拱顶下沉、周边位移的特征以及拱脚和拱顶的应力变化规律进行计算分析。计算结果表明： 原位扩建隧道位移变化规律不同于普通新建隧道位移变化规律,隧道原位扩建施工过程中,地表沉降曲线表现出了明显的非对称性; 隧道掌子面前方12 m及掌子面后方24 m范围内变形较为迅速,为非稳定变形段; 根据隧道拱顶位移曲线,提出了针对扩建隧道位移空间变化规律的公式,该公式能预测后祠隧道的变形,从而为施工提供建议和指导; 隧道拱脚表现为压应力集中区,随着开挖的进行,拱脚主应力逐渐增大,而拱顶主应力逐渐减小并向拉应力过渡,最终拱顶呈现出较小的拉应力。     

横琴大跨隧道立交近接施工研究

为研究立交近接隧道施工相互影响,建立不同净距及不同交叉角度的多种工况模型,对数值模拟结果进行分析、研究,最终得到各工况下交叉点隧道拱顶沉降、隧底位移、交叉段支护轴力及二次衬砌混凝土压应力大小。相互对比分析得出:当两隧道净距不变时,在隧道交叉角度在30°～60°时,新建隧道对既有隧道隧底位移的影响较大;当两隧道净距不变时,交叉角度越大,新建隧道的开挖对既有隧道初喷混凝土轴力的影响越大,对既有隧道二衬混凝土压应力的影响越小;当两隧道交叉角度不变时,两隧道净距越大,新建隧道对既有隧道拱顶位移的影响越大,对既有隧道的隧底位移、混凝土轴力、混凝土压应力的影响较小。     

节理倾角对软岩隧道掌子面变形及失稳模式的影响

依托玉磨铁路西双版纳隧道工程,运用有限元软件ABAQUS,研究不同节理倾角下掌子面变形和失稳模式。结果表明:掌子面最大挤出变形以90°为中心呈“M”型分布,倾角为60°或120°时掌子面挤出变形最大;最不利节理角度影响下,隧道开挖对掌子面前方岩体的最大影响范围约为1倍洞径;隧道穿越节理岩体且不加以控制或控制不当时,随节理倾角变化,掌子面失稳模式有圆弧型、三角型和倒三角型;随节理面倾角增大,掌子面变形从弹性变形向塑性变形发展,当倾角为30°时,掌子面岩体由弹性变形转变为塑性变形。     

顺层岩体隧道地震行波效应的不对称性

因地震波斜入射而产生的行波效应会显著增加隧道结构的内力和位移响应,从而对隧道抗震产生不利影响。为研究顺层岩体隧道地震行波效应的特征,对qP波斜入射方向与隧道纵断面相平行的工况,考虑顺层岩体的横观各向同性本构关系,应用波动分析方法并采用ANSYS进行地震响应数值分析。以某顺层岩体中高铁深埋隧道为工程背景,研究岩层倾角和岩层各向异性对隧道洞身段地震响应行波效应的影响。结果表明:当岩层水平或竖直时(即岩层倾角为0°或90°),隧道横断面左右对称位置上位移分量中隧道轴线方向的相对位移分量相同,这意味着顺层岩体隧道的地震行波效应左右严格对称,即横断面仍为平面;而岩层倾斜时(即岩层倾角不为0°或90°),隧道横断面左右对称位置上位移分量中隧道轴线方向的相对位移分量却不等,这意味着隧道横断面扭成不规则且不对称的曲面;随着岩层倾角的增大,曲面不对称性先增强后减弱(约倾角为45°时最强),呈非线性关系。此外,又进一步研究了岩层各向异性强度对行波效应的影响,结果发现:当岩层倾斜时,行波效应的不对称性随顺层岩体各向异性的增强而线性增强,这意味着顺层岩体各向异性越强,隧道横断面在地震波作用下所形成不规则曲面的不对称幅度也越大。     

底部隐伏溶洞隧道施工阶段围岩稳定性分析

结合实际隧道工程施工案例,运用有限元软件分析了底部隐伏溶洞对隧道围岩稳定性的影响,并将计算结果与监控量测数据进行对比。结果表明,随着隧道开挖面逐渐进入岩溶区,仰拱处围岩位移急剧增长,且由于底部岩体整体性变弱及仰拱与溶洞间的岩体变形刚度减小,仰拱位移逐渐大于拱顶位移;在距离岩溶区大约1D范围内,仰拱底处围岩竖向位移显著上升,拱顶、仰拱底处围岩最大主应力逐渐减小,拱肩处围岩最大主应力逐渐增大。     

深埋水电站洞室群围岩受力特性研究

结合锦屏二级水电站超深埋四孔引水隧洞工程,研究不同支护时机下洞周关键点位移、不同路径力学响应、能量密度分布规律。结果表明:典型断面隧道在毛洞状态不能稳定,最大水平位移发生在外侧隧道,且两侧极不对称,而中间隧道两侧位移基本对称;当应力释放80%时对应毛洞必须支护;拱顶深部围岩(2～3m)出现最大主应力、最大剪应力、能量密度增高带,外侧隧道拱顶深部围岩(2～3m)力学状态对洞室群稳定性起着关键作用。     

考虑局部损伤的斜交空心板承载能力分析

根据预应力混凝土空心板斜交跨线桥受到车辆撞击后所引起的局部损伤程度,结合横向铰接斜交空心板桥受力特点,建立局部损伤的斜交空心板有限元模型,对其损伤后结构受力性能进行分析,评估车辆撞击引起桥梁结构局部损伤对其承载能力的影响,可为相应的工程实践提供有价值的参考。     

混凝土弯曲的变形和损伤研究

验证了混凝土梁在弯曲变形过程中平截面假定的成立以及因损伤原因而产生的中性轴移动。并在此基础上,运用损伤力学方法,得到了混凝土弯曲损伤演化方程、等效惯性矩以及考虑损伤影响的内力计算。     

超高韧性水泥基复合材料疲劳损伤模型试验

为研究超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)的疲劳特性,对其进行了弯曲疲劳试验;在UHTCC弯曲疲劳试验的基础上,从连续损伤力学出发,基于弹塑性各向同性损伤模型,研究了该材料在等幅重复荷载下的弯曲疲劳累积损伤性能,并建立了关于D-S的疲劳损伤模型。为准确描述该材料的损伤演变,模型中引用了起始损伤Ds的概念表示第Ⅰ变形阶段的损伤量;采用试件底面塑性应变εp作为变量计算损伤量D;根据试验曲线拟合得出损伤模型的各项参数。结果表明:UHTCC在不同应力水平S下的起始损伤量和累积损伤程度随应力水平的降低而变小,与实际情况相符;损伤模型的计算曲线与试验曲线吻合良好。     

沥青混合料疲劳-蠕变交互作用损伤模型

为了研究沥青混合料在重复荷载作用下的疲劳特性并描述疲劳-蠕变损伤效应共同作用的过程,考虑沥青混合料具有的动态性质,从粘弹性损伤力学基本理论出发,基于应变等效假设,采用复数模量定义了损伤变量。通过分析沥青混合料在周期荷载作用下的损伤变化规律,运用疲劳-蠕变耦合损伤理论,建立了疲劳-蠕变损伤效应共同作用时的损伤演化方程,提出了体现温度及应力影响的损伤模型和疲劳寿命预测模型,并对损伤模型进行了分析。研究结果表明:构建的损伤模型满足热力学准则和物理条件;沥青混合料疲劳失效是由疲劳-蠕变损伤效应共同影响所致;利用提出的疲劳模型可以更好地预测不同温度和应力条件下的沥青混合料疲劳寿命。     

沥青混凝土材料细观损伤的数值模拟

在对沥青路面心样进行轴向压缩疲劳试验时,结合CT扫描技术拍摄了不同疲劳阶段下沥青混凝土的细观结构图像,利用细观力学及断裂力学方法建立了一细观模型,运用有限元程序对试件的宏观裂纹形成这一复杂过程进行了模拟。结果表明,该模型能有效模拟材料的损伤演化过程,在有限的实验研究基础上,运用细观力学方法数值模拟沥青混凝土的力学性能是可行的,以弥补试验的不足。     

沥青混合料的温度疲劳损伤效应模拟研究

加载频率对沥青混合料的疲劳寿命影响较大,根据低加载频率的疲劳试验来模拟材料的温度疲劳,运用耗散能相关理论来分析沥青混合料的温度疲劳损伤,并进行损伤力学的分析。     

基于信赖域算法的连续梁桥动力损伤识别

鉴于信赖域算法在求解非线性二次规划问题中具有良好的全局收敛特性,同时结合有限元模型修正技术,引入有效弹性模量损伤因子和损伤分布函数的概念,在Matlab编程环境下调用ANSYS有限元程序中的APDL语言进行桥梁空间结构的有限元建模,利用信赖域算法调整局部单元(组)的参数,通过连续损伤分布插值多项式拟合连续区段各单元(组)的损伤分布曲线,进而实现了对连续梁桥的动力损伤识别。数值算例表明该方法能准确、有效地判断桥梁结构的损伤发生、损伤区域以及损伤程度,同时该损伤识别过程可以结合二次精细划分单元(组)的方法来提高识别的精度和准确性。     

沥青混合料拉压疲劳损伤试验

为研究沥青路面结构实际处于拉压应力作用下的疲劳损伤特性,针对沥青混合料AC-13开展了连续式交变正弦波形加载的小梁拉压疲劳试验。依据损伤力学基本理论,采用唯象学方法分析了沥青混合料的拉压疲劳损伤特性。介绍了拉压疲劳试验方法及影响因素,根据疲劳试验结果得到了拉压疲劳方程;基于弹性模量定义的损伤变量,建立了拉压疲劳损伤模型,拟合疲劳试验结果确定了损伤参数,获得了考虑应力水平的拉压疲劳损伤演化方程。研究结果表明:疲劳损伤参数α、β随应力水平增大而增大,且近似呈线性关系;拉压疲劳损伤演化大致呈3阶段变化规律,即损伤萌生、损伤稳定增长和损伤失稳破坏阶段;应力水平越大的损伤演化曲线越靠下,随寿命比变化疲劳损伤演化速度越缓和。     

沥青混合料冻融劈裂微观结构损伤特性分析

量化研究了沥青混合料冻融劈裂试件微观结构的损伤特性。基于冻融劈裂前后试件的CT图像,以CT值和损伤变量为基础,根据试件内部损伤特征,借助损伤力学基本概念,通过适当的数学假设,建立了冻融劈裂前后沥青混合料试件内部结构CT值分布规律的数学模型。利用CT值和损伤变量实现了对冻融劈裂前后试件内部微观损伤的量化。以损伤力学概念为基础,给出了沥青混合料损伤密度的定义,推导了以CT值表示的混合料密度损伤变量表达式,从而将CT值和损伤变量联系起来。利用损伤变量可以对混合料试件冻融劈裂前后内部微观结构的变化进行对比分析,实现了试件内部微观损伤特性变化的定量对比。对冻融劈裂前后试件上中下3个层位损伤变量的计算结果表明,冻融劈裂后试件各层位相应的损伤变量均有不同程度的增加,与CT图像表明的试件内部损伤明显加剧相吻合。     

疲劳损伤累加原理在沥青路面结构比选中的应用

结合新建工程实例以及中国现阶段沥青路面的服务状况,通过理论分析和实际计算,合理运用疲劳损伤累加原理进行路面结构方案的比选。在定性假定结构力学计算参量的前提下简要介绍了路面结构设计期限内疲劳损伤的计算步骤。实例工程表明,文中的分析计算思路可作为今后沥青路面结构方案比选或优化的重要参考。