山岭隧道水压力分布对围岩稳定性及结构受力影响研究

采用平面有限元数值模型分析透水衬砌、排水系统和墙脚排水3种排水形式下,无水压、衬砌水压力在均布和非均布时蛋形断面和圆形断面山岭隧道围岩的稳定性及结构受力特征。研究了衬砌水压力不同分布对隧道位移、塑性区和结构受力的影响规律,并对衬砌水压均布与非均布的结果进行了对比分析。分析结果表明:水压力的存在使隧道位移、塑性区范围和塑性应变最大值显著增加,对围岩的稳定性不利,特别是对结构受力的影响更加显著。水压力较大时,从围岩稳定性和结构受力来讲采用圆形断面优于蛋形断面。水压力不均匀分布时对围岩稳定性和结构受力均产生不利影响。     

盾构隧道穿越富水砂层开挖面稳定性分析

基于数值仿真方法,得到盾构在砂土地层中掘进时地下水稳态渗流条件下孔隙水压力的分布特征,对计算结果进行拟合可得隧道覆土层中竖向孔隙水压力及穿越层中水平水头分布的函数表达式。将此竖向孔隙水压力叠加到太沙基松动土压力计算模型,进而求解隧道拱顶处竖向有效松动压力,同时将该有效松动压力与水平水头分布函数引入到经典楔形体模型中,得到维持隧道开挖面稳定的主动极限支护压力。计算结果与离心试验结果的吻合度较高,可对盾构隧道在渗透性砂土地层中施工时开挖面的稳定性进行可靠评价。     

多工况下墙-砂土界面剪切试验装置研发与试验规律研究

铁路工程中深基坑稳定性对于铁路安全有着重要影响，而其中的关键问题是挡墙结构与土体的相互作用。为进一步揭示不同工况下混凝土挡墙-砂土界面相互作用机制，设计研发多功能界面剪切试验装置并开展墙-砂土界面剪切试验，依据墙-砂土摩擦角变化特征提出“双预警域”基坑稳定性判断方法。结果表明：混凝土挡墙-砂土界面的剪应力-剪切位移曲线呈现显著的非线性变化特征，竖向应力相同时，挡墙粗糙度越大，峰值剪应力越大；主动土压力状态时，不同转动模式下的界面抗剪强度随转动参量增加而先增后减、再趋于平稳，被动土压力状态时则先增后趋于平稳；挡墙粗糙度为I级时，主动土压力状态时绕墙顶转动模式下的抗剪强度最大，而在被动土压力状态时绕墙底转动模式下的抗剪强度最大，且挡墙粗糙度越大，转动模式对抗剪强度的影响越小。基于多工况下墙土界面剪切试验所得界面摩擦角变化规律的“双预警域”基坑稳定性判断方法，可有效提高基坑稳定状态判断的准确性。     

基于剪切变形规律的箱梁剪力滞效应研究

本文从薄壁箱梁的剪力滞效应是由于翼板剪切变形所致这一本质出发,通过分析箱梁在竖向弯曲时翼板的剪力流分布规律,提出利用翼板剪切变形规律来定义其剪滞翘曲函数的方法。针对常见的单室箱梁,定义出截面仅有一个未知翼板剪切变形最大差,各翼板符合剪切变形规律的翘曲位移函数。建立基于变分法的箱梁剪力滞控制微分方程。通过对典型结构的剪力滞效应分析,表明本文分析结果与模型试验值、基于板壳元的数值解以及截面具有3个未知剪切变形最大差的变分解吻合良好。证明本文提出的基于翼板剪切变形规律的剪力滞翘曲位移函数不仅原理明确,而且具有未知变量少,分析精度高的特点。本文剪力滞翘曲位移函数的定义方法适用于各种薄壁截面,可为复杂截面剪力滞翘曲位移函数的定义提供参考。     

富水地层双线小净距土压平衡盾构开挖面稳定性研究

为研究富水地层双线小净距土压平衡盾构隧道开挖面的扰动行为和稳定性,基于屈服接近度的概念,提出开挖面稳定性分析方法;并结合广佛环线沙堤隧道工程,分析不同纵向开挖间距下双线隧道施工时,先行隧道开挖面的渗流场分布、应力场扰动和极限支护压力差异性。研究结果表明,随着纵向开挖间距的增大,先行隧道开挖面的水压力分布趋向于以隧道中心为轴线呈近似对称分布,后行隧道开挖引起的先行隧道开挖面的渗透力较小;屈服接近度可以从应力扰动的角度反应隧道施工对于土体的扰动程度和开挖面稳定性的影响;对于富水地层双线小净距土压平衡盾构隧道,不同纵向开挖间距下先行隧道开挖面的极限支护压力差别不大。     

常州地区三轴试验参数分析与研究

在三轴固结不排水剪切试验CU中,针对依据莫尔-库仑破坏准则画出的应力差强度包线中的异常数据进行分析。通过孔隙水压力系数与土超固结特性的关系,确定超固结土在CU剪切过程中发生侧胀,从而造成孔隙水压力为负,影响有效应力圆的位置;通过对CU试验剪切过程中不同破坏标准的选择,确定应力强度包线的合适选择,从而确定总抗剪强度参数c、φ值与有效抗剪强度参数c'、φ'。     

吉尔木隧道出口边坡赤平投影稳定性分析

研究目的:赤平投影可通过空间投影关系直观反映不同结构面的空间组合关系,适用岩质边坡稳定性定性评价。块体理论可对不同破坏类型的结构体稳定性进行定量计算。本文将基于吉尔木隧道出口边坡的现场调查,分析该边坡岩体结构类型和基本破坏模式,并利用Barton模型估计岩体结构面强度参数。在此基础上,结合赤平投影理论和块体理论分析该边坡潜在失稳岩体的结构面组合关系,并确定各模式块体的稳定性系数,以期为边坡防护设计提供一定的指导。研究结论:(1)通过Barton模型计算结构面的力学指标表明:在法向应力为2 MPa时,结构面的内聚力C=0. 12 MPa,内摩擦角φ=34°～36°;(2)隧道出口边坡岩体主要破坏模式有倾倒式破坏、楔形体滑动破坏和平面滑动破坏,其中倾倒式破坏主要受直立卸荷裂隙控制;平面滑动破坏主要为沿与坡面近平行的长大卸荷裂隙滑动和沿岩层层面滑动;楔形体破坏主要受到了岩层层面、近直立卸荷裂隙和密集节理面的共同控制;(3)赤平投影分析表明:边坡岩体沿单滑面破坏的块体1和块体2以及沿双滑面交线破坏的块体12是不稳定的,其中块体2的稳定性最差;(4) Barton模型、赤平投影及块体理论相结合的岩质边坡稳定性分析方法具有准确和快捷的优点,该方法在高陡岩质边坡分析中具有良好的应用前景。     

空心型箱型框架桥力学特性有限元分析

本文首次提出箱体顶板和侧板为空心板的箱型结构框架桥。为了获得其合理的结构形式,建立两种不同形式的框架桥结构与土体共同作用三维数值计算模型,利用ANSYS有限元分析软件进行了桥体结构和土体竖向位移和应力分布规律分析研究,获得了桥体结构和周围土体的位移和最大主应力及位置,从理论上验证了空心型箱型框架桥结构方案可行性,为空心型框架桥设计提供了依据。     

不同倾角结构面组合下巷道围岩稳定性数值分析

不同产状的结构面相互交叉把岩体切割成楔形体,对巷道围岩的稳定性产生影响。利用大型通用有限元软件ABAQUS,对5种不同倾角结构面组合下楔形体的巷道围岩变形破坏特征、巷道周边特征点的应力及位移进行模拟分析。研究结果表明:巷道左右两边的应力和位移呈对称分布;随着组合结构面倾角的增大,巷道底板应力逐渐增大而底板却相反,两帮应力变化没有明显规律;各关键部位的位移变化量都随着组合结构面倾角的增大而增加,其中顶板沉降最为明显;在巷道变形破坏中,两帮与底板的交叉处最先出现塑性,然后向两帮和底板扩展,直至整个巷道变形破坏。模拟结果对有软弱结构面巷道的开挖并采取有效支护措施等提供一定的理论研究和实践参考意义。     

基于翘曲位移函数的框筒结构剪力滞后效应研究

将框筒结构进行等效连续化,并对翼缘和腹板采用相同的最大纵向位移差函数。根据剪力滞后效应的特征,分别假定翼缘和腹板的翘曲位移函数为二次和三次抛物线。利用能量变分原理,推导出结构的控制微分方程和边界条件方程,并对水平集中力和水平均布荷载作用时进行求解。为了研究Timoshenko剪切变形和腹板翘曲函数对剪力滞后的影响,分别推导出相应的微分方程,并进行求解。研究结果表明:该计算方法可以正确地分析框筒的剪力滞后效应,且独立函数少,求解方便;分析框筒剪力滞后效应时可以不考虑Timoshenko剪切变形的影响;腹板采用线性翘曲函数时不能真实反映腹板的滞后现象,虽然可以反映翼缘的滞后情况,但计算的滞后程度偏小。     

基于有限差分法的锚杆荷载传递非线性计算方法研究

为研究拉力型锚杆锚固段荷载传递非线性特性,假定剪应力与剪切位移呈双曲线非线性关系,推导锚杆锚固段荷载传递非线性微分方程,并采用有限差分法进行求解。根据某现场抗浮锚杆试验,确定计算参数,分析轴力沿锚杆的分布规律及影响锚杆荷载传递的因素,并将本文计算值与实测值进行对比。研究结果表明:锚杆轴力与剪应力沿锚固长度均呈非线性分布,轴力分布表现为一条凹递减曲线,而剪应力则集中分布于张拉端;锚固界面综合刚度系数K的取值对轴力与剪应力分布有着重要影响,剪应力与锚杆轴力均随K值增大而增大,而K值愈大,剪应力则愈集中地分布于锚杆张拉端;增大锚固体直径使剪应力分布更加均匀,并有效地提高锚杆的极限承载力。计算结果吻合良好,表明该计算方法切实可行。     

降雨入渗对边坡稳定性的影响研究

降雨入渗直接影响着边坡岩土体中渗流场的分布,持续的降雨一方面使边坡浸润线逐渐抬升,边坡体非饱和区的含水量逐步增大,内聚力降低,孔隙水压力增大,降低边坡岩土体的抗剪强度;另一方面,边坡岩土体中饱水厚度逐渐增加,一定程度上增加了边坡的下滑力,进一步诱发边坡的变形与滑移。因此,通过建立不同降雨强度下边坡岩土体渗流场有限元模型,定量分析降雨强度对边坡稳定性影响,并结合模拟渗流场中孔隙水压力等值线图,用改进极限平衡法对不同降雨强度下边坡进行稳定性分析。     

风积沙—土工格栅界面特性离散元研究

风积沙作为路基基床底层填料,已应用于沙漠铁路建设中,但国内外鲜有针对风积沙-土工格栅加筋结构的研究。为了研究风积沙-土工格栅界面宏细观特性演化过程及筋材的力学特性,基于三维空间模型,对土工格栅加筋风积沙拉拔试验展开数值模拟,并与室内试验对比分析。通过观测试样状态,分析拉拔阻力、格栅分段应变、配位数、局部孔隙率、应力链演化、组构各向异性演化等宏细观特性。研究结果表明：采用抗转动接触模型模拟风积沙颗粒间接触,所得拉拔力—拉拔位移曲线比较平顺,相比之前的研究更接近实际情况。拉拔结束后,越靠近拉拔端,格栅应变越大,格栅后端几乎没有应变。在筋土界面内,配位数明显降低,孔隙率明显升高,呈负相关,在界面外,两者变化则不明显。剪切带整体厚度为模拟颗粒中值粒径的4.93～5.79倍,界面内发生的剪胀程度不同,上界面剪切带厚度大于下界面剪切带厚度。上覆荷载对剪切带的分布有明显影响,当法向压力低于30 kPa,随着法向压力的上升,剪切带上下界面的不对称性减弱,最大平均水平位移和剪切带整体厚度迅速减小。当法向压力在30～90 kPa内,随着法向压力的上升,上下界面剪切带厚度差值、最大平均水平位移逐渐减小,剪切...     

锚杆位移变形分析

假定锚固体与其周围土体之间的剪应力与剪切位移呈线性递增关系 ,锚固体所受的轴力呈抛物线分布 ,将锚杆的抗拔位移分解成自由段的弹性变形、锚固段的拉伸变形和锚固体与土层之间的相对剪切位移 ,建立了锚杆位移计算模型 ;并将计算结果与工程实例进行对比 ,二者较为吻合     

边坡极限平衡分析中结构面抗剪强度的确定

研究目的:为了在边坡极限平衡分析中,能够正确确定控制性结构面的抗剪强度,从而为边坡的稳定性分析及其防护工程提供可靠的依据。研究方法:在系统研究Barton公式的基础上,结合2个边坡工程现场勘察取样、室内实验、提出了结构面粗糙度的确定方法,并通过实例验证。研究结果:提出了采用坡度均方根系数来确定JCS的方法,拟合出二者的关系式,提高了其准确性和适用性;对于软弱结构面,提出根据充填厚度(平直型软弱结构面)或充填度(粗糙型软弱结构面)确定其抗剪强度参数的方法和原则。研究结论:研究表明,在粗糙度系数准确测量的基础上,Barton估算方法提供的岩体结构面抗剪强度参数,可直接用于工程岩体稳定性评价,该方法预测岩体结构面抗剪强度是可靠的,且具有简便、经济、快速等优点,特别适用于公路、铁路路堑边坡稳定性计算评价。     

裂隙岩体结构面直剪特性与参数反演试验

为准确获取裂隙岩体工程中结构面的力学参数,以细观岩石力学理论和岩石结构面的数字精细化测量为基础,运用PFC~(2D)颗粒流软件,建立铜坑矿锌铜矿体裂隙结构面的精细数值仿真模型,开展节理岩石直剪数值模拟试验。实现岩体结构面的剪切力学参数的反演与预测,获得铜坑矿裂隙节理结构面的抗剪力学参数。研究结果表明:由于结构面平滑,在裂隙结构面的直剪数值模拟试验过程中,主要形成剪切滑移破坏;铜坑矿裂隙结构面的黏聚力为0.45 MPa,内摩擦角为35.8°,其反演的数值计算结果与本地区高峰矿的无厚度节理面试验数据相似度高,试验结果可为岩体结构面参数的工程应用提供基础参数。     

隧洞岩爆应变能释放机理研究

为进一步认识隧洞岩爆应变能释放机理,获得岩爆过程完整演化图像,定义弹脆性细观损伤模型和刚度退化迭代算法,并将其嵌入有限元程序模拟一个深埋隧洞岩爆发生过程。结果表明:岩爆发生过程为首先在洞壁母岩中形成"V"形剪切滑移带,并从中分划出楔形岩爆体;随后岩爆孕育进入临界状态;最终楔形体挤压破坏,导致卸荷释放应变能。岩爆孕育、演化发生包含丰富细观力学机制:岩爆区的分划机制——剪切滑移;滑移带中的细观力学机制——张拉破坏;岩爆的临界状态——楔形体的极限平衡;岩爆能量释放——楔形体裂隙带卸荷。楔形体位移监测表明:岩爆发生时,楔形体经历弹性外鼓、卸荷回弹及片状抛出3个阶段,片状爆裂发生在卸荷回弹阶段。     

冻土与混凝土接触面直剪试验研究

为研究冻土与混凝土接触面的力学性质,利用土工粗颗粒土直剪试验系统进行一系列接触面直剪试验。试验得出的平均剪应力-水平位移曲线和垂直位移-水平位移曲线均表现出明显的分段特征。通过不同参数的对比试验,总结垂直压力、温度、含水量对接触面抗剪强度的影响,给出拟合的经验公式。提出接触面峰值抗剪强度和残余抗剪强度的原理,来解释选用不同参数时试验曲线的变化。     

基于剪切强度折减法的斜坡软弱地基路堤稳定性分析

斜坡软弱地基路堤的稳定性受到了工程界的重视。基于FLAC3D软件平台,运用剪切强度折减法,就斜坡软弱层性状对路堤稳定性的影响进行了较为全面的分析,重点讨论斜坡软弱层厚度、在地基中的相对位置、尖灭度、地面横坡及斜坡软土抗剪强度指标等因素,获得了安全系数值及潜在滑动面的演变规律,并提出实际工程可选用的工程对策。     

大坪山隧址区褶皱对岩溶发育规律的影响

岩溶发育的强弱和空间分布规律一般与褶皱有着密切联系,本文采用自然历史分析法和数学力学分析法分析大坪山隧址区褶皱的类型以及褶皱与岩溶发育关系,从平行岩层中剪切作用和长度应变的角度来分析褶皱中各个部分的应变和滑移,得出以下结论:褶皱翼部由于顺层滑移位移最大,形成裂隙,容易形成沿着裂隙的溶蚀;褶皱核部应变量最大形成劈理,有利于共轭剪切面的发育,岩体相对破碎,岩溶发育强度最大;在褶皱外弧主要为张应变,张裂隙发育,溶蚀现象明显.