砂板互层岩体中隧道围岩力学特性研究

通过建立可反映互层岩体中砂岩与板岩组成、岩层倾角、岩层走向等因素变化对岩体变形影响的互层岩体本构模型,研究了砂板互层岩体中隧道围岩的力学特性。研究结果表明:岩体中板岩体积含量越高,围岩最大变形及破坏范围越大,隧道周边围岩变形不对称性也越明显,板岩结构面的内摩擦角大小对岩体变形及破坏范围影响很大,板岩沿结构面破坏为砂板互层岩体的主要破坏形式之一;砂板互层岩体的倾角变化将影响隧道周边围岩变形的对称性及破坏区域的分布,倾角在40°～60°时,围岩变形的不对称性最明显,板岩含量较高时,砂板互层岩体的最大变形随倾角的增大而降低;岩层的走向与洞轴线交角越大,围岩变形越小,隧道周边围岩变形也越趋于对称,在陡倾砂板互层岩体中,洞轴线应尽可能沿与岩层走向大角度相交的方向布置以利于围岩的稳定;随着埋深的增加,围岩变形及破坏范围均增长,因岩层倾角、走向变化引起的隧道周边围岩变形不对称性也越明显。     

深埋隧道层状岩体破坏过程特征模型试验

针对深埋隧道层状岩体围岩变形破坏的复杂性,以渝沙高速公路共和隧道工程为背景,采用自行研制的弹脆性相似材料构筑层状岩体隧道物理模型,利用应变监测技术和内窥摄影技术,研究了层状岩体在不同荷载作用下围岩应力分布及变形破坏过程特征。结果表明：深部层状岩体受层理结构面的影响,围岩具有明显偏压特征;在沿层理面方向主要受到与其一致的应力挤压从而产生剪切破坏,垂直于层理方向的破坏呈X型裂纹且沿洞壁深部发展;掉落块体呈楔型体,隧道围岩破坏范围呈明显的不均现象;模型试验结果与现场测试结果基本一致,为理论分析深部层状岩体破坏机理提供了可靠的试验结果。     

层状岩体隧道变形特征及非对称支护研究

层状岩体隧道开挖后,围岩的变形破坏具有明显的非对称特征。文中以郑万(郑州—万州)高速铁路罗家山隧道为工程背景,对比分析台阶法和全断面法开挖时,有无支护条件下隧道拱顶沉降、仰拱隆起及水平收敛的变化规律;提出3种锚杆非对称支护方案并对其支护效果进行分析,得出最优方案。结果表明,不同工况下围岩的变形特征具有一致性,拱顶与仰拱变形较大处的连线与层理面接近于垂直,且拱顶变形呈现左大右小、仰拱变形呈现左小右大的非对称特征;将左侧拱部以上锚杆垂直于层理面布置能较好地控制围岩变形。     

层状地层软岩隧道形变控制措施研究

软弱层状岩体具有自稳性较差,且强度各向异性等特点,隧道修建过程中常出现初支混凝土开裂、型钢拱架或格栅扭曲、支护侵限等大变形破坏现象。以国道318线折多山隧道工程为依托,通过开展有限差分数值模拟对层状地层软岩隧道大变形破坏特征进行了分析。研究结果表明:随着节理强度的增加,层状岩体的横观各向同性性质减弱,塑性区的分布从由节理面控制变为沿隧道轴线对称分布,且塑性区的范围也有所减小;从变形控制角度分析,对围岩整体进行注浆加固及增加支护结构的强度可以有效控制围岩变形,而仅对节理进行加固的效果较差。     

岩栓对隧道支撑功效之数值探讨

基于一非线性规则节理岩体组成模式,透过数值仿真途径探讨岩栓对于岩石隧道的支撑功效。所采用的岩体组成模式考虑岩石材料与节理面的力学特性以及节理面的空间分布,不仅可模拟节理岩体的完整应力应变曲线,亦可描述节理面所造成的强度与变形异向性。数值模拟结果发现,岩栓可增加特定位置的节理面正向应力,进而提高其强度与劲度,束制节理面移动与剪胀,发挥其对隧道的支撑功效。     

基于坡面位移信息的顺层岩质边坡动态稳定性分析

边坡工程监测中,虽然能够准确获得边坡的坡面位移,但却不能直接判断边坡动态稳定性。为此,特建立顺层岩石边坡变形演化过程的数值计算模型,采用FLAC3D内置的遍布节理本构模型模拟岩体,并按强度折减法降低边坡岩体抗剪强度参数,获得边坡空间位移信息及坡面关键点位移-安全系数的相关关系。分析结果表明:边坡体从稳定发展至整体失稳,坡体变形经历了匀速变形、加速变形和剧烈变形3个阶段;关键点位移-安全系数之间具有良好的函数关系;空间位移特征与破坏模式相关,滑移拉裂破坏模式、顺层滑移破坏模式、压溃破坏模式分别从"r"形和三角形发展至整体失稳的"U"形。据此提出顺层岩质边坡动态稳定的位移分析方法。     

武当群片岩隧道围岩变形破坏机理研究

围岩的变形破坏一直是隧道研究的热点问题,弄清围岩的变形破坏机理是解决该类问题的关键。依托在建的通省隧道,在调查隧道区工程地质条件及典型围岩变形破坏特征的基础上,分析围岩的变形破坏模式,探讨围岩的变形破坏机理。研究结果表明,围岩变形破坏归纳为对称模式、非对称模式两种。对称模式下,围岩应力、位移、塑性区呈关于水平面对称的分布形式;非对称模式下,洞周环向应力的量值会增大约15%,应力、位移、塑性区的分布将会发生偏转。围岩变形破坏机理总结为,不同的片理倾角导致了不同的洞周环向应力的量值和分布,而洞周环向应力分布又与片理呈现出一定的交切关系,形成了两种变形破坏模式。     

通透肋式拱梁隧道围岩破坏模式分析

针对一种新型隧道结构型式--通透式拱梁隧道,采用二维数值模型,对不同岩性条件下隧道围岩的破坏模式进行了探讨,分析结果表明:无论是均质围岩还是非均质围岩,围岩破坏区域由内侧拱脚向拱顶边坡扩展,并存在与水平线呈一定角度的的滑动面,破坏模式为拱顶山坡岩体的块体滑移,但当隧道围岩强度较高时,上述破坏模式不明显;深层岩体位移监测结果表明隧道围岩实际变形形态与数值计算结果基本一致.研究成果为通透式拱梁隧道加固手段和加固深度提供了依据,对支护设计的优化具有指导意义.     

陡倾角层状岩体中巨型地下洞室群的围岩稳定问题

层状岩体是工程上遇到频率较高的一种地质体,由于具有层状结构,其工程性质较为特殊。文章从层状岩体的变形破坏特征入手,指出层状岩体的变形破坏主要以顺层滑移和弯折破坏为主,并以此分析了陡倾角层状岩体中大型地下洞室群开挖会遇到的围岩稳定问题。工程实例表明理论分析与实际相当吻合,本文的研究对于层状岩体中的地下工程建设具有一定的参考价值。     

公路隧道围岩结构面调查分析

结构面是岩体的重要组成部分,是岩体区别于其他工程介质的本质差别。结构面的存在使岩体具有不均一性及各向异性,岩体的破坏机理在很大程度上受结构面的控制。而公路隧道围岩结构面的几何学及力学特征的调查研究是进行围岩稳定性扣隧道渗流分析的前提。文中在对江西省景德镇某高速公路隧道岩体结构面调查的基础上,利用DIPS、Excel等软件对各种结构面进行了统计分析,旨在弄清围岩结构的总体特征,找出优势结构面,为公路隧道围岩稳定性分析与渗流计算提供科学依据。     

沉积岩中深部隧道围岩层状破坏模型

研究发现在岩体基本力学介质中,当沉积板状(层状)岩体的结构和性状符合某些特征时,其力学机理从总体上符合板壳结构的特征.根据这一结论,建立了沉积层状结构岩体隧道围岩破坏模型.采用该模型具体分析了深部直立沉积层状岩体中的地下工程围岩在其长度远大于直立高度的情况下岩体中的层状破裂问题.并根据地下结构失稳概率分析原理,建立了直立沉积层状围岩稳定的极限状态方程.     

构造应力场中层状围岩隧道动力响应数值分析

层状岩层的横观各向同性使得振动波在岩层中沿着不同方向传播时,质点的振动特性有着一定的差异。以我国西南地区某高海拔山区单向公路隧道的全断面爆破掘进为研究背景,利用FLAC 3D软件对构造应力场中均质围岩及倾角不同的层状围岩在隧道爆破开挖过程中的变形、振动速度进行研究。研究结果表明,隧道开挖爆破后,洞周岩体变形不对称式分布,左、右拱腰部位变形最大,均质围岩洞周各部位变形在5种模型中相对较小;爆源距相同时,层状围岩左、右测点的x向振动速度均大于上、下测点的z向振动速度;断层破碎带、层理结构面对于振动波的传播既有消振又有聚振的作用,与断层破碎带和层理结构面的产状、空间关系及振动波相对结构面入射角度有关。     

沉积岩中深部隧道围岩层状破坏模型

研究发现在岩体基本力学介质中，当沉积板状（层状）岩体的结构和性状符合某些特征时，其力学机理从总体上符合板壳结构的特征。根据这一结论，建立了沉积层状结构岩体隧道围岩破坏模型。采用该模型具体分析了深部直立沉积层状岩体中的地下工程围岩在其长度远大于直立高度的情况下岩体中的层状破裂问题。并根据地下结构失稳概率分析原理，建立了直立沉积层状围岩稳定的极限状态方程。     

层状岩体地下洞室施工阶段围岩精细化分级

围岩分级方法在实际应用中存在结果处理复杂、围岩分级量化数值范围交叉及围岩分级精度较低等问题，为了对层状岩体地下洞室施工阶段的围岩进行精细化分级，基于HC分类法，重点考虑层状岩体的层厚与产状对围岩稳定的影响，通过有限元软件Midas GTS对25种由正交试验方法得到的代表性工况进行了数值模拟，并将位移计算结果进行了极差分析。结果表明：层状岩体隧洞位移分布方向主要取决于结构面走向与洞轴线夹角α及结构面倾角β,而位移分布范围的大小主要取决于岩层厚度h;对层状岩体隧洞稳定性影响的大小排序为，饱和单轴抗压强度R_c>结构面走向与洞轴线夹角α>张开度W>层状岩体层厚h>结构面倾角β,因此，层状岩体隧洞围岩分级时，应充分考虑结构面产状的影响；饱和单轴抗压强度R_c、结构面走向与洞轴线夹角α均与层状岩体隧洞的稳定性近似呈正比，张开度W则与层状岩体隧洞的稳定性近似呈反比；层状岩体层厚h=0.6 m时，层状岩体隧洞稳定性最差，结构面倾角β=60°时，层状岩体隧洞稳定最差。基于HC分类法提出了基于隧道相对变形的修正分级区间，并分别采用了模糊物元...     

高地应力深埋层状围岩隧道非对称变形受力机制研究

为深入研究高地应力层状围岩中隧道和支护结构的非对称变形受力特性和机制,以绵茂公路篮家岩隧道为工程背景,采用现场监测和数值模拟相结合的方法,研究不同层理角度和地应力方向下隧道变形、钢拱架应力以及二次衬砌弯矩和轴力的变化规律。结果表明： 1）层状围岩中隧道结构受力的最不利位置常出现在层理面法向方向; 2）隧道的非对称变形机制在于地应力对层理面产生的法向挤压作用和切向滑移作用,当层理面角度缓倾时,隧道拱顶和拱底承受较大挤出变形,当层理面角度陡倾时,地应力方向与层理面夹角越小,隧道衬砌在主应力作用位置产生的滑移变形越大。最后,根据层状围岩隧道变形和衬砌受力特征,提出合理的支护优化措施。     

大断面公路隧道围岩变形地质因素分析

新七道梁隧道是甘肃省在建的开挖断面最大的公路隧道,地质条件复杂.对隧道围岩收敛测量数据进行曲线分析,并从岩体质量、断层破碎带、不连续面空间位置、地下水、隧道埋深等方面分析它们对围岩变形的影响程度.结果显示:1)岩体质量与隧道开挖后围岩的变形成反比;2)断层破碎带区段围岩变形量大、持续时间长;3)隧道开挖与不连续面成逆倾向、大倾角时,围岩变形小;4)地下水引起围岩稳定性下降,变形增大;5)隧道埋深也是影响围岩变形的因素.     

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。     

土石交界地质条件下浅埋隧道的开挖反应研究

不同地质介质交界的复杂地质状况对于隧道工程的开挖建设带来很大困难,土石交界地层是这种地质情况的典型代表。针对该地质条件下的隧道开挖问题,以某浅埋公路隧道为工程背景,展开了不同掘进方向和不同土石界面倾角下的隧道开挖反应数值模拟,对比了不同掘进方向下的隧道开挖反应特征,分析了土石界面倾角对隧道开挖反应的影响。结果显示:不同掘进方向下,在土石界面倾角较小时隧道围岩竖向变形规律差别较大,在土石界面倾角较大时其围岩竖向变形规律相近;随着土石界面倾角的增大,当隧道由黄土地层向破碎岩体掘进时,其拱顶变形量减小;当隧道由破碎岩体向黄土地层掘进时,隧道拱顶变形量随着掌子面的远离先增大后减小规律减弱并消失。     

顶部存在隐伏溶洞的深埋隧道安全系数研究

目前,大多数岩溶隧道围岩稳定性研究是基于Mohr-Coloumb线性破坏准则进行的,而Mohr-Coloumb破坏准则并不能较好地体现岩体的非线性破坏特征。文中利用有限差分软件FLAC~(3D)模拟岩溶地区深埋隧道的开挖过程,调用Hoek-Brown本构模型,得到Hoek-Brown非线性破坏准则作用下岩溶隧道围岩安全系数的数值解,并对不同参数作用下围岩安全系数的变化规律进行分析。结果表明,顶部存在隐伏溶洞的深埋隧道围岩安全系数随隧道支护力、围岩抗压强度、地质强度指标GSI及m_i的增大而增大,随溶腔压力的增大而减小。     

极高地应力区隧道地质特征及围岩变形机制研究

以某在建高速铁路隧道作为工程实例,结合地质情况,从初始应力、岩体结构和地下水分析了影响围岩的因素。运用理论分析和现场监控量测反馈结果等综合方法,从监控量测数据时态曲线特征、方向性、累计变化量、变形速率、时效性、现场围岩变形情况、隧道施工影响、变形段变形差异性等方面系统分析了极高地应力区隧道围岩变形特征及机制,并得出如下主要结论:1)极高地应力区围岩应力释放有一定的过程,不同的围岩应力释放的速度可能不同,爆破对围岩产生扰动,将一定程度加速围岩应力的释放。2)围岩地质条件不同,变形规律会表现出一定的差异性。3)围岩的变形机制,层状围岩的变形破坏一般形成几个区域:破坏区,崩塌,滑动滑移,张裂、弯曲及折断。4)本隧道围岩变形特征主要是由极高地应力和岩体结构综合决定的,隧道初期支护变形情况一定程度上是隧道围岩变形特征的有效反映。