基于现场直剪试验和强度软化的围岩压力解析

高地应力、强挤压软岩隧道在开挖前,隧道设计线路范围内的原岩就已处在塑性状态,隧道开挖后对支护有影响的围岩处于不同的塑性区范围内.就此,考虑到岩体的力学性能通过现场试验能较为全面地反映,对两座隧道高地应力软岩段的现场直剪试验曲线进行分析,并进行室内常规三轴压缩试验,得到了适用于塑性软岩隧道的简化本构关系曲线和应变软化模型.在此基础上对圆形塑性软岩隧道支护后的围岩应力状态和位移状态进行分析,在考虑围岩强度参数■、■随应变软化的情况下,推导出了塑性软岩隧道的扰动区半径r_d和支护力p_i解析表达式,并建立了动态支护力p_i与动态隧道壁径向位移u之间的关系,研究成果可为高地应力、强挤压塑性软岩隧道的支护设计提供一定的参考.     

软化指数对混凝土断裂过程区尺度的影响

应用Muskhelishvil 应力函数全场解,根据幂指数函数描述的混凝土拉应变软化模型导出断裂过程区（ FPZ）过程值及临界值的解析表达式,分析了在最大拉应变强度理论下软化指数对FPZ过程值及临界值的影响。结果表明：混凝土FPZ过程值及临界值都随着软化指数的增加而增加,不同泊松比下变化规律相近。     

45钢单轴应变循环软化行为的本构模型

为了更好地描述材料的循环软化行为,基于调质处理的45钢在对称与非对称应变循环加载下的变形特征,建立了其循环塑性本构模型.模型中考虑了材料在初始1/4循环加载时达到上屈服限后的应变软化现象.此外,用屈服面半径和背应力演化方程对后继循环软化行为进行了模拟.结果表明,在低周疲劳过程中,无论是循环软化滞回圈形状,还是循环应力幅值随循环周次的变化,理论预测与实验结果均吻合得很好.     

水平泥砂互层隧道围岩稳定性研究

以大梁峁特长公路隧道为依托,针对水平层状岩体隧道,采用ANSYS数值分析软件将水平泥岩砂岩互层岩体等效为正交各向异性的方式,对隧道开挖过程中围岩稳定性进行了数值试验分析,通过分析围岩塑性区、围岩应力、隧道变形、锚杆轴力、初支及二衬内力,得出施工采用支护参数的合理性和水平泥岩砂岩互层隧道围岩变形和初支、二衬应力的分布特征.     

断裂过渡区长度张开位移和J积分的计算

在应变软化材料的主裂缝尖端存在一断裂过渡区。本文利用加权积分法，给出列限大板含一中心穿透直裂纹有均匀拉应力作用时的断裂过渡区长度、裂纹尖端张开位移和Ｊ积分值，并与带状屈服模型相比较。     

面向爆破应力波小净距隧道混凝土安全振动标准研究

为进一步细化《爆破安全规程》的评价标准,基于应力波理论推导爆破应力波在围岩及衬砌的反射与透射形态,通过爆破应力波引起混凝土与围岩的粘结力失效或混凝土的抗拉破坏的临界值作为临近既有隧道区爆破开挖的安全控制指标。采用有限元软件GTS—NX进行数值计算,得到在爆破开挖时既有隧道衬砌的动力响应特征。通过对爆破荷载下小净距隧道混凝土的动力响应特性研究可知:爆破应力波以球面波的形式延展,其数值呈先增大后减小的趋势,且既有隧道迎爆侧围岩的数值最大,导致围岩损伤、混凝土受拉破坏及二者粘结力减弱。以混凝土与围岩间的粘结力及混凝土的抗拉强度为控制指标得到小净距隧道爆破先行洞混凝土在3 d、7 d与28 d龄期时安全振动速度分别为2.63、6.43与10.24cm/s,该值综合考虑了混凝土与围岩的影响,比规程的评价标准具有较好的安全储能。     

侧压力系数对节理岩体隧道稳定性的影响

为研究侧压力系数对节理岩体隧道稳定性的影响,利用ABAQUS有限元软件建立了节理岩体隧道模型,分析了不同的侧压力系数和倾角节理对隧道围岩稳定性的影响,研究了围岩变形规律、围岩应力分布、塑性区域分布及围岩破坏时塑性流动规律.研究结果表明:随着侧压力系数的不断增加,围岩竖向位移、最大主应力、最大等效塑性应变均呈现先减小后增...     

砂岩-泥岩沉积互层面剪切特性数值模拟研究

沉积层面力学特性是探究砂岩泥岩互层岩质边坡变形及稳定的重要因素。以室内试验结果为依据,采用接触面与薄层单元模拟层面剪切特性,对比了两者应力应变曲线特点,分析了开挖条件下软硬互层岩质边坡层间应力分布。结果表明,接触面模拟砂岩泥岩界面特性时,其剪切应力应变曲线符合双曲线特征,呈应变软化现象,存在明显残余强度。薄层单元模拟层面剪切力学特性时存在初期应力剧增现象,模拟结果与试验值存在一定程度离散性。接触面与薄层单元均能模拟砂岩泥岩界面剪切应力应变特性。顺层岩质边坡开挖时难以控制接触面法开挖过程模型计算收敛程度,薄层单元方式更能有利于模拟开挖作用下其层面剪应力分布(即剪切错动效应)。     

侧部水压充填型岩溶隧道施工力学特性研究

结合高速公路某岩溶隧道施工过程,利用有限差分软件FLAC3D对侧部水压充填型岩溶隧道施工过程中的围岩位移、塑性区、应力、锚杆轴力和喷混凝土层力学特性进行了数值模拟研究,并将围岩变形的数值模拟结果与现场量测结果进行了比较分析,结果表明两者所反映的围岩变形规律基本一致。     

金属材料在非对称非比例应变路径循环加载下的塑性行为

本文对42CrMoA高强度合金钢进行了具有不同平均应变的非比例拉压—扭转循环加载试验,研究平均应变对应力响应的影响。试验结果表明,在非对称应变循环下,材料的应力响应与平均应变无关。因此,在循环塑性本构模型的建立中,应该考虑这一试验现象。     

底部岩溶小净距隧道施工力学特性研究

以某底部含有溶洞的小净距隧道为例,运用有限元软件ABAQUS对隧道采用单侧壁导坑法施工过程中围岩的塑性区、洞周位移以及围岩应力的变化情况进行了数值分析研究并得出结论:对于底部岩溶小净距隧道,先行洞的施工对后行洞塑性区的发展影响不明显,溶洞对隧道拱顶下沉和仰拱隆起量影响较为明显,并且对先行洞洞周收敛值的影响较后行洞大。隧道施工过程中洞周围岩以及中夹岩柱一般处于压应力状态,受力状态较为理想。在施工过程中应重点关注隧道塑性区的发展以及洞周位移值的监控量测。     

大断面连拱隧道暗挖工法数值模拟研究

浅埋双连拱隧道开挖分部及支护措施繁多,围岩与结构相互作用关系复杂,地表沉降及围岩变形特性与经典沉降槽理论相差较大,工法选择以经验判断为主.针对上述问题,以石家庄六线隧道下穿既有石太直通线双连拱隧道为工程背景,运用有限元分析软件,建立平面应变数值仿真模型,分析三种工法条件下围岩应力、塑性区发展、支护结构内力及地表沉降的特征及规律,为以后类似的工程设计及施工提供借鉴、参考.     

混凝土劈裂试件断裂过程的数值模拟

将Duan—Nakagawa模型解析得到的断裂过程区上的应力和位移场转化为节点上的无体积、无长度的虚拟弹簧代替拉应变软化曲线，对混凝土劈裂试件的断裂过程进行有限元数值分析。在算例中，把裂纹尖端张开位移与材料的极限抗拉强度作为控制裂纹扩展过程的参数，模拟了混凝土劈裂试件起裂、扩展、破坏的全过程，与试验结果吻合良好。     

湿喷纤维混凝土支护公路隧道横洞的有限元数值分析

基于大型有限元程序FLAC软件,针对某高速公路隧道间行车横洞采用15cm、20cm、25cm等不同厚度的聚丙烯纤维增强混凝土锚喷支护结构时的最大与最小应力场、塑性区的位置及演变、隧道拱顶、直墙及底板的位移进行了数值模拟计算分析。结果表明:聚丙烯纤维增强混凝土锚喷支护结构均可有效地改善围岩的应力再分配、降低围岩的塑性区分布范围和深度,强化了隧洞的稳定性。     

高速公路隧道施工全过程三维弹塑性数值模拟

为了获得开挖过程中隧道结构体应力、应变和位移规律，以渝黔二期笔架山隧道北端洞口段实态建模，采用有限元程序对施工全过程进行了三维弹塑性数值模拟，并与现场实测数据进行了比较．研究结果表明，开挖对围岩影响较大的范围在开挖面四周5m以内，且上台阶开挖的影响大于下台阶开挖；围岩沉降和水平位移在开挖前已完成1／3；围岩塑性区位于开挖面前1．5m范围内，锚杆主要受本施工段上台阶开挖的影响．     

公路隧道围岩岩体力学本构特征数值分析

文章对诸永高速公路某隧道围岩岩体,开展了数值力学试验,在确定连续微元尺寸δ_c,并获取该围岩岩体的各项基本力学参数的基础上,进一步描述了该围岩岩体的力学本构特征。试验结果显示,当δ<4.6m时,各试体应力应变关系曲线变化幅度较大,其弹性阶段、峰值强度,及蠕变形式等均呈明显的不同;当δ≥4.6m时,则应力应变关系曲线开始趋于稳定,其峰值强度、蠕变规律等也基本相似。     

盾构法施工土质隧道围岩扰动特性研究

盾构法施工隧道围岩扰动特性一直是工程界重要课题之一。基于此,依托某市地铁2号线某区间盾构法施工隧道工程为背景,然后建立每个分析步下的各向同性均值数值模型。模型结合"等代层"模型来反映隧道开挖质量,采用"生死单元"法来模拟隧道开挖过程。结合围岩变形规律、应力变化特征、塑性区发展趋势及孔隙水压力变化等计算结果,分析盾构法施工隧道围岩扰动特性。同时,借助现场实测数据验证了数值模型的合理性。     

主应力方向对软岩隧道稳定性影响的试验研究

为探明高地应力场主应力方向对软岩隧道围岩稳定性的影响规律,采用自主研发的"隧道三维应力场模拟试验系统"开展了大型三维地质力学模型试验,研究了最大水平主应力与隧道轴线平行和垂直两种工况下软岩隧道的围岩稳定性.研究结果表明:最大水平主应力与隧道轴线平行时,拱顶沉降和拱脚收敛的最终值分别为-0.221 m和-0.454 m,拱顶、左拱脚、右拱脚和仰拱处的围岩压力分别为0.478、0.361、0.416 MPa和0.261 MPa;最大水平主应力与隧道轴线垂直时,拱顶沉降和拱脚收敛的最终值分别为-0.309 m和-0.548 m,拱顶、左拱脚、右拱脚和仰拱处的围岩压力分别为0.579、0.652、0.593 MPa和0.327 MPa;两种工况下,围岩压力的最小值均出现在仰拱处、最大值均出现在墙脚处,围岩的径向应变增量均为拉应变增量,切向应变增量均为压应变增量,说明隧道开挖导致洞周围岩径向应力减小、切向应力集中.      

不同荷载作用下半刚性沥青路面力学响应规律

基于半刚性基层路面典型结构建立三维力学模型,综合考虑常载、常载+刹车、超载和超载+刹车4种组合荷载,采用双轮最不利矩形接触面形式,并运用特征路径分析方式,数值模拟了路表及深层内力学响应规律。结果表明:刹车对路表弯沉和路基顶面压应变影响较小,超载影响显著;刹车主要对面层弯拉应力影响较大,并使上面层出现较大拉应力,对基层基本无影响,超载使基层弯拉应力增大显著;超载和刹车对剪应力峰值增大明显,特别是刹车使剪应力增大极其显著;在不同荷载作用下,从路表沿深度方向力学响应峰值位置会发生变化,在进行沥青路面结构设计和力学分析时应取相应位置处的值作为力学控制指标。     

颗粒破碎条件下的胶结砂力学行为

为揭示胶结量对胶结砂的力学行为与颗粒破碎的影响,引入颗粒破碎的概念,采用颗粒流商业软件PFC对胶结砂力学行为进行了三维颗粒流数值模拟,对不同胶结量的试样进行了一系列的三轴压缩试验,并与实验结果进行对比.在此基础上,分析了数值模拟中胶结试样的微观力学响应.研究结果表明:颗粒流数值模拟能够有效地描述胶结砂的主要力学行为,相比无胶结的试件,胶结砂表现出更高的强度,应力-应变关系曲线呈应变软化型,体积应变为先剪缩后剪胀;胶结砂宏观力学响应(应力-应变关系和剪胀性)与其微观力学响应密切相关,在加载的初期,胶结点破坏率和破坏速率较低,在屈服点后迅速增长,峰值应力点后,胶结点破坏速率和胶结点破坏率趋于平缓;胶结量越小,胶结强度越低,胶结点破坏率和速率越高;胶结量越高,颗粒破碎的比例越高,体积膨胀量越大;胶结量分别为0和100%时,颗粒破碎的比例分别为1.13%和10.96%.胶结作用的存在促进了剪切带的孕育,与无胶结试样相比,胶结试样内部颗粒接触力链更粗、更集中.