岩石非线性蠕变损伤模型研究

为了反映岩石蠕变全过程,文章基于损伤力学理论,通过引入Kachanov蠕变损伤演化规律,构建了可反映岩石加载瞬时变形和加速蠕变的考虑时效损伤的弹性体元件,并将该元件与能够描述岩石衰减和稳态蠕变的分数阶粘滞体元件进行串联,建立了一个新的2元件非线性蠕变损伤模型及其蠕变方程,同时利用相关文献中的岩石蠕变试验结果对模型拟合效果进行了分析验证。研究结果表明:该非线性损伤模型能够准确描述岩石蠕变全过程的三个阶段,且拟合曲线和试验曲线吻合良好,误差较小,充分显示了其合理性和适用性。     

山岭隧道围岩流变参数识别及应用研究

依托西康高速公路油房湾小净距隧道工程,对隧道围岩--石灰岩的流变特性进行了试验研究,给出了流变变形特性曲线,建立了能描述油房湾隧道围岩流变变形特征的流变模型.基于流变反演理论,获得了相应模型的弹性性能参数(岩体弹性体积模量、剪切模量和变形模量等)和流变参数及长期弹性模量等.利用反演流变模型及参数,并结合油房湾小净隧道工程地质特点及施工方案进行了三维流变数值模拟分析.结果表明,小净距隧道围岩变形时效特性规律基本符合H-K模型特征,表明基于试验辨识的H-K蠕变模型和反演参数的数值模拟能超前做出科学预测和定量评价,为山岭小间距隧道的设计和施工提供了可靠的参考信息和理论依据.     

泥岩隧道仰拱长期稳定性分析——以新疆达坂地质区某隧道为例

以新疆达坂地质区某隧道为例，分析泥岩隧道仰拱的长期稳定性。通过基于隧道岩体结构、岩块强度和长期变形监测数据的分析，运用H-B强度准则和BP神经网络算法获取监测隧道岩体的力学和蠕变参数。借助FLAC 3D软件内置的CPOWER模型，建立典型断面的数值模拟模型，以分析泥岩流变效应下不同衬砌支护强度和仰拱曲率半径对隧道仰拱运营期稳定性的影响。结果表明：考虑泥岩流变时，隧道的主要变形是仰拱中心的隆起。初次增大支护强度或减小仰拱曲率半径对改善隧道结构的受力、控制围岩变形以及加快围岩的稳定都产生显著效果；然而，随着支护强度持续增大或仰拱曲率半径持续减小，这种控制效果逐渐减弱。当将支护强度从I16工字钢逐渐增大到双层拱架时，仰拱中心的隆起量仍然有11.14 mm；而将仰拱曲率半径从16 m减小到14 m时，仰拱中心的隆起量从33.7 mm减小到3.37 mm，最终的位移满足隧道后期运营的要求。减小仰拱曲率半径比增大支护强度更能有效地从根本上控制仰拱中心的隆起，同时使围岩和支护结构的受力更加均匀；在施工阶段适当减小仰拱曲率半径后，隧道已处于相对平衡状态，流变效应对隧道的应力状态影响不大。     

节理岩体隧道的稳定性分析

由于节理、断层等不连续面的存在造成岩体变形的不连续性,并且对岩体变形、应力等力学行为造成重要影响。文章对已有的非连续变形分析程序进行了两点改进,采用改进的SSOR-PCG方法并且加入了位移收敛准则;应用改进后的程序对某公路隧道进行了稳定性分析,通过对关键点位移的监测优化了开挖顺序,结果表明对于左右洞室隧道一次性开挖比分步开挖能减少对围岩的扰动;然后通过对关键点位移的监测,分析了锚杆的锚固效应,优化了支护参数。     

基于非接触测量技术裂隙岩体隧道开挖局部损伤分析

裂隙岩体损伤区的合理确定对于工程开挖和支护方式的选择至关重要。文章针对这一问题,提出了基于现场岩体结构面的精细测量和表征技术,利用优化后的数值模型定量分析隧道岩体损伤区范围及其力学特性;结合辽宁建兴高速公路某隧道开挖工程实例,采用非接触测量手段采集隧道掌子面的结构面信息,并导入GeoSMA-3D系统,生成接近实际情况的三维空间结构面模型;在此基础上利用颗粒流数值方法 PFC计算确定隧道开挖损伤区范围,并对围岩应力、位移曲线和力链、裂隙分布进行了对比分析。其研究结果表明,力链集中表征围岩开挖扰动程度,裂隙的密度表征围岩开挖损伤程度,而裂隙的贯通则与破坏区对应,从而可以较准确地识别节理岩体隧道工程中岩体损伤区范围及其力学特性;同时利用PFC也较好地模拟了岩石在破坏阶段存在的损伤局部化现象。     

对形变压力的认识——隧道围岩挤压性变形问题探讨

在高地应力背景下,隧道开挖造成岩体应力大幅度变化,软弱围岩松弛阶段的变形将达到很大的量级,这就是挤压性大变形的本质所在。国际隧协曾归纳总结的隧道结构设计模型中的"收敛-约束"模型可以十分贴切地说明支护和围岩在松弛变形发展过程中的相互作用。支护在同围岩共同变形中承受的荷载有别于隧道设计规范中规定的由离散岩体重量产生的"离散压力",可以称为"形变压力"。囿于对离散压力荷载的认识,很难找到处治挤压性大变形的合理途径。文章从形变压力的特性出发,对挤压性围岩隧道工程中的若干问题进行探讨,着重论述通过围岩变形的适度释放来缓解形变压力的处治理念以及与之相应的可让型支护和岩体锚固技术。     

山区道路边坡碎裂砂岩不同含水状态下强度劣化机理试验研究

本文针对山区道路路基碎裂岩边坡稳定性问题,为研究坡体碎裂岩饱水后强度劣化特性,依托某城市道路工程K2+260～K2+360路基右侧高边坡工程,采用超声波回弹综合法进行碎裂砂岩现场选样,应用电液三轴伺服试验系统,分别开展碎裂砂岩岩样在自然状态及吸水饱和状态下的变形及力学特性试验研究。试验结果表明:岩样饱水后的单轴抗压强度和弹性模量分别下降了31.12%和28.98%,说明其属水敏性岩石;岩样应力-应变全过程曲线均出现多个峰值点及多次应力下降,曲线产生突跳,说明岩样节理裂隙发育导致结构不均匀。开挖卸荷过程中如果防护不及时,坡体内应力可能会沿某个软弱面集中形成优势面,从而导致坡体失稳。     

岩溶、节理发育地段隧道进洞三维数值模拟分析

文章以崇水高速陇禁隧道为工程背景,综合考虑节理、岩溶等不良地质因素,采用有限元软件FLAC3D建立三维数值模型,分析隧道进洞施工过程中围岩的受力特性及变形情况。结果表明:模型计算结果与现场实测数据吻合,采用FLAC3D有限元软件建模具有一定的可靠性;隧道穿越节理、岩溶地段,隧道拱顶围岩沉降变形达8.8mm,拱脚出现应力集中现象,且整个开挖面塑性区面积较大;喷锚初期支护可有效抑制隧道围岩竖向位移,考虑岩体蠕变特性,建议施工过程应及时施作初期支护。     

白云岩力学压缩试验及声发射规律研究

在高地应力近水平岩层中开挖隧道时,由于近水平层理的构造特征,隧道极易出现拱顶离层、掉块、局部超挖、支护结构偏压、初期支护混凝土开裂等现象,甚至发生拱顶失稳坍塌事故。为研究高地应力近水平岩层的破坏特征,本文以大峡谷隧道为工程背景,通过现场钻孔取芯,对岩样进行常规压缩试验,并借助声发射系统分析了岩样压缩破坏过程。研究结果表明：岩石的破坏过程可分为裂纹压密和弹性变形阶段、塑性阶段、峰值阶段、残余阶段;岩样在低围压下主要为张拉劈裂破坏,在中围压下为张拉劈裂破坏和剪切破坏共同存在,在高围压下主要呈剪切破坏且破裂岩体的裂纹扩展更为显著。     

基于温度渗流场的炭质岩隧道围岩支护优化研究

炭质岩分布区隧道围岩的开挖变形和运营期稳定问题是高速公路隧道所面临的共性课题。文章结合河(池)百(色)高速路机场隧道监测情况,建立Midas模型,基于温度场及渗流场研究不同支护参数下岩体的蠕变以及变形速率发展规律,并通过对机场隧道支护参数进行优化分析,为以后类似工程提供参考与借鉴。     

高速铁路黄土隧道初期支护受力特性研究

支护结构的合理设计是大断面黄土隧道设计的关键环节。文章结合在建铁路黄土隧道,采用数值模拟,分析了大断面黄土隧道在不同初期支护时机情况下,支护结构、围岩受力状态和力学行为变化情况;基于控制围岩变形为核心,对大断面黄土隧道施工中初期支护施作时机的选择给出了合理的建议;根据现场监测结果,总结出了黄土隧道初期支护受力规律。黄土具有明显的流变特性,支护结构受力很大一部分承受围岩流变产生的附加荷载;另外,支护结构受力在空间上分布并不均匀对称,这些在设计中都应加以考虑。     

软土蠕变对隧道结构荷载及变形的影响分析

软土的蠕变特性会削弱土拱效应,导致作用在隧道结构的土压荷载及隧道变形随时间发生变化。文章考虑软土的粘滞性,选取时间硬化法则与Druker-Prager屈服准则耦合的蠕变模型,结合上海地区软粘土的室内三轴流变试验数据,采用数值分析软件ABAQUS建立有限元模型,分析软土蠕变特性对隧道-地层接触压力的影响以及隧道的变形与内力等随时间的变化规律,并进一步探讨软土蠕变对土拱效应以及隧道长期受力性能的影响,研究结果对软土隧道设计中长期荷载的合理取值具有重要意义。     

FLAC3D中锚杆拉剪断裂的实现与应用

隧道围岩大变形容易导致锚杆产生拉伸、剪切以及拉剪复合断裂.鉴于此,文章基于FLAC3D软件,对PILE结构单元的力学行为进行了修正,并通过二次开发FISH语言建立PILE单元断裂模拟数值模型;在此基础上,对层状岩体锚固系统中锚杆的断裂失效力学行为进行了分析.结果表明:(1)修正PILE单元得到的计算结果与室内试验结果吻...     

杆岩耦合作用下深埋隧洞围岩稳定性主控因素及支护优化研究

由于深埋隧洞围岩显著的流变特点,其变形范围及洞壁位移通常在施作初期支护一段时间后才趋于稳定,因此研究锚杆支护后隧洞围岩变形范围及其洞壁位移量将为支护参数优化及预留开挖量提供重要的理论依据.文章通过建立预应力锚杆与隧洞围岩的相互作用力学模型,分析了杆体与围岩相对位移为零的中性点位置及其最大轴力值.基于锚杆中性点理论,推导...     

岩石蠕变对隧道二次衬砌结构影响的研究

岩石蠕变是岩石的重要力学特征之一.在隧道开挖完之后的很长时间内,围岩会因为蠕变而进行应力调整,蠕变产生的荷载由隧道的初期支护和二次衬砌联合承担.在隧道设计中往往将二次衬砌作为安全储备,而没有分析围岩蠕变荷载对二次衬砌的影响,因此分析隧道二次衬砌受力以及健康程度随时间的变化是十分有必要的.文章结合泥巴山隧道工程,利用大型有限差分软件FLAC3d的Burgers蠕变模型,分析了不同时间蠕变对围岩应力重分布以及对二次衬砌的力学性能的影响,得出了一些有价值的结论.     

复杂地应力红层泥岩隧道持续底鼓原因分析北大核心CSCD

为揭示复杂地应力红层泥岩隧道持续底鼓特征及底鼓原因,以某隧道为研究对象,通过长期变形监测、地下水位监测、隧底围岩位移监测等方法对底鼓变形特征进行了统计分析,并结合钻孔取芯岩样分析、地应力测试、围岩膨胀力测试、岩石蠕变试验、数值模拟分析等手段对可能导致隧道底鼓的因素逐一进行了分析。结果表明:受控于近水平层状泥岩以及复杂地应力,隧道部分段落呈现出底鼓时间“不收敛”、底鼓段落“不连续”、底鼓程度“不均衡”的三大特征;隧道岩层产状近水平,岩性为粉砂质泥岩,属于软质岩,未达到膨胀岩判定标准,具有中—低蠕变特性,隧址区地应力场以水平构造应力为主,水平应力在9.5~13.73 MPa之间;隧道开挖后,局部应力集中导致围岩发生蠕变,当蠕变产生的形变压力过大时,仰拱局部进入塑性状态,隧道即产生底鼓。     

隧道软弱围岩变形时效性表征及影响因素分析

为研究隧道开挖过程中围岩变形的时效特性,文章构建了能够反映岩石时间相依特性的弹粘塑性模型,且基于软弱砂岩单轴压缩率敏性室内试验获得了模型参数,并将模型通过UMAT子程序成功嵌入到有限元软件ABAQUS中,结合杭长高速公路云峰寺隧道围岩变形监测数据反演确定了本构模型综合参数。对该隧道K106+995断面围岩流变变形三维数值分析结果表明:锚喷厚度依次取15 cm、20 cm、25 cm和30 cm时,其拱顶沉降相对前者依次降低了2.53%、2.11%和1.99%,但对围岩水平收敛变化影响相对较弱;当锚喷厚度增加到一定值后,作用已经很微弱;当上台阶以2 m/d和3 m/d的开挖速度从K106+986断面推进27 m时,K106+986开挖面洞周围岩变形稳定经历的时间则分别为13.5 d和9 d,拱顶处围岩变形分别增加了5.77 mm和4.09 mm,相差1.68 mm,说明开挖速度在短期内所引起的变形之差比较明显,而对围岩变形的长期影响较小。     

散体围岩隧道开挖中超前小导管注浆的作用

散体围岩隧道开挖后,围岩稳定性差,易出现大变形沉降、掌子面挤出、拱顶坍塌等危害,必须进行超前支护。以吉怀高速公路杜夜隧道进口浅埋强风化岩层段为例,对超前小导管注浆在散体破碎围岩开挖中的加固机理进行探讨,采用FLAC~(3D)三维数值模拟方法,结合遍布节理模型描述岩层结构的特点对小导管注浆施做过程中的受力、位移变形及支护效果进行研究,定量分析超前小导管注浆的加固机理。研究表明:对于散体破碎围岩,采用遍布节理模型可同时考虑岩块和节理属性,更符合岩体状态和工程实际;超前小导管注浆技术能改善围岩的力学性质,提高岩体的刚度及强度,增强散体围岩自稳能力,显著抑制散体破碎围岩的变形,减少隧道支护结构的变形和受力,避免散体围岩隧道开挖中坍塌现象的发生。     

强挤压围岩隧道施工合理支护问题的探讨

文章通过对国内外几座有代表性的强挤压隧道的施工,分析了其支护的合理性问题,结合岩石力学对围岩变形的认识,提出了一种新的支护模式供大家探讨.     

考虑围岩冻融损伤劣化效应的隧道长期稳定性研究

寒区隧道围岩受到冻融损伤劣化作用会对隧道长期稳定性造成不利影响。文章以鄂西北十房高速公路通省隧道片岩为例,通过室内冻融循环及压缩试验,得到单轴抗压强度与冻融循环次数之间的关系。根据掌子面围岩现场工程地质调查结果,并基于Hoek-Brown准则,估算出考虑冻融损伤劣化效应的岩体力学参数。然后采用FLAC3D对冻融循环条件下隧道的长期稳定性进行数值分析,分别得到0次、4次、8次、12次、16次、20次冻融循环条件下隧道衬砌位移场及应力场变化特征。结果表明,冻融循环作用下,隧道衬砌的变形及主应力均出现了不同程度的增大。与不考虑冻融损伤劣化作用相比,经过20次冻融循环作用后,衬砌的变形、最大主应力、最小主应力分别增大了1.3%、5.3%、1.5%。在支护方案选择及支护结构设计时,有必要考虑长期冻融循环作用下围岩力学特性损伤劣化对隧道稳定性的影响。