将军山隧道节理特征对围岩稳定性的影响及锚杆支护机理研究

节理岩体隧道破坏与节理属性密切相关。文中依托将军山大跨隧道,分析节理特征对隧道围岩稳定性的影响,阐述节理岩体隧道围岩失稳机理和锚杆支护机理,提出节理岩体隧道锚杆支护设计建议。结果表明,块体塌落区分布在两组节理与隧道相切形成的三角区,为围岩失稳关键区域;节理张开区、剪切滑移区由拱腰延伸到拱脚、拱肩,向围岩深部发展,呈蝶形分布,为围岩失稳潜在区域;节理岩体失稳机理为开挖应力平衡打破—应力降低区出现—节理面剪切滑移—节理面张开—块体塌落;节理岩体锚杆作用机制为对节理面施加法向应力以增加节理面摩擦阻力、锚杆轴力提供抗滑力、锚杆抗剪能力限制节理面相互错动。     

应力波入射充填节理的透射性能研究

为了研究充填节理对不同频率应力波透射性的影响,根据充填节理特性设计了不同厚度和强度的节理模型,并对不同频率应力波正入射岩体节理的问题开展模拟,研究应力波在不同强度和宽度的充填节理条件下的反射和透射规律。结果表明：对于不同强度和厚度的充填节理,随着应力波频率的增加,其透射系数均逐渐减小,充填节理起到过滤高频波的“滤波”作用；随着频率的增加,透射系数逐渐减小,衰减速率先快后慢,并逐渐趋于稳定,且充填节理强度越低、宽度越大,该现象就越明显。     

基于Hoek-Brown准则的小净距隧道节理围岩稳定性研究

结合重庆东水门长江大桥和千厮门嘉陵江大桥渝中区连接隧道小净距段施工,采用Hoek-Brown 强度准则估算出节理岩体的力学参数,建立基于Hoek-Brown 强度准则的有限元分析模型,对隧道施工过程中节理围岩的位移、应力和塑形区特征进行研究,获得隧道施工过程中围岩位移变形较大点以及应力集中区域,并提出监控量测和加强支护的范围。     

隧道近距大节理硬脆性围岩破裂机理

为揭示近距大节理硬脆性隧道围岩的破裂机理,采用含天然节理的流纹岩开展双轴压缩试验,获得围岩应力分布特征及渐进破裂过程。PFC2D离散元颗粒流程序模拟了节理围岩和完整围岩在双轴压缩作用下的变形及破裂特征,并与室内试验结果进行对比分析。研究结果表明：双轴压缩作用下,含天然节理的隧道试样表现出显著的脆性破坏特征,节理面起裂发生滑移错动,拱顶和底板围岩逐渐拉裂,宏观破裂面穿过大节理并向隧道拱脚、边墙和试样边界扩展,造成试样的最终失稳破坏;PFC2D数值模拟结果显示,大节理面附近裂隙集中发育,并迅速扩展形成与节理大角度相交的破裂面,试样峰前破裂过程短暂,峰后裂隙加速扩展而承载力急剧下降,数值模拟与试验结果吻合;近距隧道大节理显著影响硬脆性围岩的破裂模式,大节理的剪切滑移引发试样的宏观破裂,靠近大节理的拱脚十分破碎,而边墙则形成“V”形破碎区。研究成果为节理隧道围岩的支护设计和防灾减灾提供参考。     

不同初始地应力条件下节理岩体隧道稳定性分析

围岩稳定性评价是隧道工程建设中最重要的内容,现有的稳定性判据多是针对均质岩石或土体而言的,尚缺少针对节理岩体隧道提出的判别指标。文章采用离散元数值模拟方法,以探索合理稳定性判据为目标,对不同地应力条件下节理岩体隧道的稳定性进行了深入研究。研究结果表明:(1)均匀应力场条件下,隧道围岩受拉屈服塑性区与节理张开区的分布相似,岩体节理滑移破坏区明显大于围岩塑性区和节理张开区;(2)侧向压力系数对围岩屈服区的影响较小,而对节理剪切滑移破坏区的影响却非常显著,因此以节理滑移破坏区作为节理岩体隧道稳定性的判别指标更加科学合理。     

基于蒙特卡罗随机节理的岩体洞室初喷加固效果研究

岩体中的节理一般是满足一定统计规律的随机网络.利用UDEC实现了蒙特卡罗随机节理网络,在此基础上考虑了隧道的开挖和初喷加固.设计了未采取初喷加固方案,采取初喷加固时初喷混凝土黏聚力为0.1、0.2、0.4、0.6、0.8 MPa计算方案和初喷混凝土厚度为10、15、20、25、30 cm计算方案,计算对比不同工况的塑性区、应力和监测点位移值,发现:不采取初期衬砌,隧道的破坏形式主要是洞顶掉块;初喷厚度一定时,初喷接触面材料黏聚力越低块体越易脱落,超过0.4 MPa时则围岩稳定;初喷接触面材料强度一定时,初喷厚度对围岩稳定性有影响,存在临界厚度,过大过小均不利于隧道围岩稳定.这些特征值可以作为同类围岩条件下隧道设计的极限值.     

基于尺寸效应的节理岩体隧道开挖稳定性分析

节理岩体的开挖力学响应具有显著的尺寸效应,这对于研究隧道稳定性非常重要。运用离散单元法,模拟了相同隧道尺度条件下不同节理间距的4组情况。研究结果表明:①随着岩体节理间距减小,围岩结构类型由整体块状逐步转化为碎裂状,随之出现岩块松动脱落;②围岩塑性区、应力松动区以及节理张开区具有相似的分布规律,均随着节理间距减小而增大,但发生岩块松动脱落之前的尺寸效应不明显;③节理剪切滑移破坏区比张开区和岩体塑性区更大,且具有更加明显的尺寸效应,适合作为节理岩体隧道稳定性的判别指标。     

节理发育岩体大跨公路隧道锚杆支护参数研究

针对节理发育岩体的单洞三车道大跨公路隧道,以宁波将军山隧道为工程背景,通过离散元手段考虑岩体的非连续力学行为,分析锚杆环向布置范围、环向间距、径向长度对隧道围岩稳定性及支护结构受力的影响,以围岩变形、塑性区、锚杆轴力为评价基准,得到较优的锚杆支护方案。结果表明,Ⅴ级围岩节理发育岩体隧道拱顶超前注浆环向布置210°、间距1.0m、长度4.0m的系统锚杆支护较合理。     

沙湾特长隧道软弱破碎千枚岩围岩参数敏感性分析与反演研究

为解决甘肃渭武土建试验2标沙湾特长隧道围岩软弱破碎、遇水软化以及强度低等使得围岩力学参数难以准确确定的难题,采用ABAQUS数值计算和正交设计方法进行参数敏感性分析,确定各参数对围岩变形的影响程度。基于粒子群优化的BP神经网络算法建立PSO-BP参数反演分析方法,并编制反分析程序。根据反演的参数进行数值模拟,分析围岩和支护结构位移、应力及塑性区分布情况。研究结果表明： 沙湾隧道围岩位移影响因素重要性依次为黏聚力c、泊松比μ、内摩擦角φ、弹性模量E;PSO-BP参数反演分析方法是一种有效的反分析方法,具有较高的精度。     

公路隧道围岩震动效应的解析法模拟

从节理岩体损伤力学的观点出发,根据节理裂隙的几何特征,计算其损伤张量,并将其引用到岩体的应力—应变的本构关系中,将隧道围岩考虑成为各向异性材料,进而将爆破地震波在隧道围岩中的传播问题转化为爆破地震波在各向异性材料中的传播问题,采用解析法能比较好地模拟应力波在隧道中的传播,能够比较好地接近实测结果,可以对于感兴趣的场点直接求出任意时刻的动力响应,但往往参数难以确定,会使得计算结果有所偏差,且只适应于爆源一定距离以外的弹性应力波传播的计算。