地温梯度孕育的岩体热应力对岩爆预测的影响

为使在高地温环境下通过水压致裂获得的应力更加真实地预测岩爆，提出在岩爆预测过程中应考虑地温梯度孕育的岩体热应力. 结合弹性理论获得了在高地温环境下水压致裂的理论应力解；基于此理论应力解对圆形隧道进行了岩爆预测；应用岩体热应力公式对桑珠岭隧址区的岩爆进行了预测. 研究结果表明:在高地温环境下，恒定压力和水平主应力会增加约一倍的岩体热应力，裂隙重开压力会增加约两倍的岩体热应力，垂直应力不变；如果在高地温环境下直接采用水压致裂测得的应力进行岩爆预测，当水平原位地应力大于竖向原位地应力时，得到的岩爆等级偏高，当水平原位地应力在重力应力和竖向原位地应力之间时，得到的岩爆预测位置与实际不一致，当水平原位地应力小于重力应力时，得到的岩爆等级偏低；桑珠岭隧址区的岩体热应力约为重力应力的61%，若不考虑此热应力进行岩爆预测会导致严重的错误.      

层状软岩隧道围岩破坏的连续-离散耦合分析

为了研究层状岩体中隧道开挖后围岩的破坏机理,以汶马高速鹧鸪山隧道为例,基于离散元-有限差分耦合算法,建立了一种新的层状软岩隧道开挖模拟方法,采用该方法对不同地应力场、层理间距等因素影响下围岩的破坏模式进行了数值模拟. 研究结果表明:隧道开挖后,应力重分布导致强度较低的层理面首先发生滑移及张开破坏,岩体的滑移及张开使得应力场受到进一步扰动,导致层间岩体产生拉裂破坏;同种水平应力条件下,随着侧压力系数的减小,岩体产生的微裂纹不断增多. 当侧压力系数为1.00、0.80、0.67、0.57、0.50时,微裂纹总数分别为304、391、602、999、1 240;当层理间距为0.6 m时,层理对围岩破坏形态起控制作用;随着层理间距从0.6 m增加至1.2 m,层理对围岩破坏模式的控制作用减弱,围岩的破坏形态与均质围岩相似.      

不同温度下花岗岩三轴压缩试验的声发射特性

为研究热-力作用下花岗岩的破裂规律,采用MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统和PCI-Ⅱ声发射仪开展了黑云母花岗岩在不同围压和不同温度作用下的三轴压缩试验。研究结果表明:在20℃,40℃和60℃的温度作用下,声发射事件的密集程度和声发射累计振铃计数以及最大AE能率随着温度的升高而增加,宏观破裂角逐渐减小,岩石的脆性破坏特征逐渐增强;在60℃,90℃和130℃的温度作用下,声发射事件的密集程度和声发射累计振铃计数以及最大AE能率随着温度升高而减小,宏观破裂角逐渐增大,岩石的剪切破坏特征逐渐增强;同时,随着温度升高,剪切破坏造成大量低能量释放率的声发射产生,声发射密集区表现为由小部分能量率很大的声发射和数量较多、低能量释放率的声发射组成。     

考虑残余强度的层状岩体损伤演化规律

为更加真实准确地描述层状岩体的损伤演化过程，结合横观各向同性材料的弹性理论和损伤力学理论，采用修正的Lemaitre应变等价假设，建立了考虑残余强度的层状岩体损伤本构模型，通过页岩、千枚岩和板岩的三轴试验数据验证了模型的准确性，并分析了不同层理角度岩体的全过程损伤演化规律.研究表明：模型既可以描述层状岩体的弹性变形，又可以较好地反映峰后应变软化过程；在初期加载过程中岩体的损伤值基本为0，随着应力增加，损伤值呈现出缓慢增长、加速增长、减速增长以及达到残余强度后稳定于1；页岩层理角度为60°时损伤演化曲线最陡，损伤发展速度最快，最先破坏，千枚岩层厚较薄，强度更低，层理角度为90°时最先破坏，而板岩相对较厚，强度更高，层理角度为45°时最先破坏；岩体层理弱面的存在，导致了力学性能和破坏模式的各向异性，损伤演化规律也表现出明显的差异性.     

深埋高地应力隧道不同支护时机求解方法对比研究

为确定深埋高地应力隧道的合理支护时机，提高支护结构质量，降低支护成本，依托某高原深埋高地应力隧道，采用安全系数法、位移增量法和塑性区法分别求解支护结构的合理支护时机，并对比分析不同支护时机求解方法的适用性。     

基于围岩变形失效的隧道结构可靠度设计方法

为科学地处理隧道工程中由于材料属性和复杂地质环境等带来的不确定性，使支护设计更加安全合理，基于可靠度理论，提出一种实用隧道可靠度设计计算方法.首先，基于可靠度指标的几何意义，结合Nataf变换和Cholesky分解等考虑参数相关性与非负性，建立约束在原始空间的最优化模型；其次，利用数值软件内嵌的优化函数在不需人为计算偏导数的情况下直接获得设计点；然后，引入重要抽样方法，在设计点处计算失效概率，形成兼顾收敛性和精度的实用可靠度计算方法；再次，通过高度非线性的数值算例和非圆坑道算例验证该方法的有效性和适应性；最后，基于围岩变形失效功能函数，采用本文方法进行隧道支护抗力设计计算.算例分析结果表明：本文方法能够以较小代价获取设计点，最终结果和蒙特卡洛法结果相对误差小于1.0%，并且能够结合含交叉项响应面函数处理无解析功能函数的非圆坑道可靠度问题；本文方法能够获取准确的支护抗力设计值，与蒙特卡洛法结果相对误差小于0.5%；内摩擦角的敏感性比黏聚力和变形模量的大.