家竹箐隧道与岩体力学(上)——库伦侧压理论与摩尔应力圆的应用

南昆线家竹箐隧道是首座由我国自行设计施工的强挤压型隧道。它涵盖的力学比较全面，在设计和施工中，充分体现了岩体力学指导设计和施工的原则，从而取得了成功。本文述理与写实并重。叙述了岩体力学的一些重要公式的全过程，通过家竹箐隧道的具体施工实例，加以阐明。并对经典学说多所评述，对岩体力学在应用中的所创新，对普及岩体力学在工程应用方面提供了参考。     

岩体测试中一种光学传感器的研究

本文对可用于测试和监测岩体应力及其变化的光学传感器进行了系统地研究，推导出利用传感器上产生的干涉条纹确定岩体应力的普遍计算式，提出用“灰度法”进行小数级条纹补偿，为施工现场岩体应力的测试和监测提供了一种简单可行的方法。     

浅谈锚喷支护的适用性

介绍了锚喷的支护机理和其适用性，对其设计、施工和应用进行探索。     

公路岩石路堑边坡设计

本通过岩体结构和边坡破坏分析，重点论述受结构面控制的岩石路堑边坡的设计和防护等若干问题。     

公路隧道围岩塌方离散元模拟

以秦岭III号隧道为工程实例,根据围岩类别及围岩内地质构造发育状况,将断面划分为2 173个块体单元,采用离散单元法对该隧道的塌方过程进行了二维数值仿真模拟,得出了隧道顶部和侧壁块体的塌落距离、塌落轨迹及隧道塌方量,并得出了块体塌落过程中跟踪块体的合力曲线,反映了块体的运动过程。     

缓倾层状岩体隧道开挖变形特征与机理分析

基于水平层状围岩结构特征,分析了层状围岩中隧道开挖的变形规律及破坏机理。缓倾岩层隧道开挖破坏范围主要集中在拱顶范围内,当岩层厚度发生变化时,边墙部位增幅较小,但顶板塑性区范围增加较大,塑性区深度约为边墙部位2～3倍。不同工况条件下,拱顶沉降均远大于水平收敛变形,且由于岩层之间粘结力较小,顶板岩层出现明显的离层现象。基于变形特征和破坏机理分析,提出了控制缓倾层状岩体隧道大变形及塌方的控制技术措施,可为类似条件下隧道设计与施工参考。     

水南公路挖方边坡的稳定性评价及其整治

水南公路挖方边坡的稳定条件极为复杂,整治工作不仅数量大．而且难度较大。采用系统工程地质学和岩体结构控制论的思想,根据挖方边坡的工程地质基础和实际施工情况．提出了适用于水南公路挖方边坡岩体的分类方法,总结了边坡稳定规律。不仅对一般挖方边坡的稳定性做了定性评价,还利用数字测绘技术和数值模拟技术对全线重点边坡进行了定量评价。最后对边坡整治工作提出了若干措施。     

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.      

碳纤维水泥基复合材料加固节理岩体试验（双语出版）

为了研究碳纤维水泥基复合材料对节理岩体的加固效果、加固机理及最优碳纤维掺量值,在超细水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰等修复材料中,考虑0、0.25%、0.50%、0.75%、1.00%这5种不同的碳纤维掺量,对加固前、后节理岩样分别进行了直剪试验。研究结果表明：加固前、后节理岩样的剪切力-剪切位移曲线变化特征明显,由无峰值强度曲线转变为有峰值强度曲线,并出现明显的应变软化阶段和残余强度阶段;碳纤维掺量（质量分数）从0增加到1.00%时,节理岩样的峰值抗剪强度、残余抗剪强度在5种法向应力下分别提高13.0%~54.1%和0.61%~44.7%,剪切刚度增大32.4%~216.8%,黏聚力和摩擦角分别增大127.3%~266.5%和4.3%~20.4%;当碳纤维掺量为0.75%左右时,节理岩样加固后抗剪性能的综合增强效果最为明显;结合节理面形貌特征和加固后剪切破坏面特征分析发现,水泥浆复合材料对节理面具有较好的充填作用和胶结作用;在水泥基材中掺入碳纤维时,一方面类似于“加筋”材料,可在纯水泥浆的基础上进一步提高浆体的强度和整体性,限制节理面剪切过程中微裂纹的开展,另一方面碳纤维对受剪浆体提供了较好的“锚固”作用,进一步增加浆体与节理面的粘结性能,使得浆体本身、浆体与节理面之间胶结面的抗剪性能明显增强,从而显著提升加固后节理岩体的综合抗剪性能。     

岩溶隧道断续节理掌子面突水判据及灾变过程

为了给岩溶区隧道掌子面突水灾害的预警与防治提供理论支持,针对岩溶隧道掌子面断续节理防突岩体,从断裂力学角度分析了地应力和岩溶水压力等自然营造力作用下断续裂纹的压剪起裂属性以及分支裂纹尖端应力强度因子随水压和支裂纹扩展长度的变化规律,推导了断续节理岩体发生轴向张拉贯通破坏突水的临界水压力。运用两带理论和推导的临界水压力公式,建立了基于最小安全厚度的岩溶隧道掌子面断续节理防突层失稳突水判据,并分析了掌子面前伏岩溶水压力、断续主裂纹长度、断续裂纹排距及裂纹与最大主应力夹角等对防突层最小安全厚度的影响规律。采用可考虑流固耦合效应和岩体结构特征的三维离散元数值分析方法,研究了岩溶隧道近接前方高压富水溶腔顺序开挖中掌子面防突层岩体位移场、渗流场等演化规律及其临突特征。数值模拟结果表明：随着岩溶掌子面的不断推进,掌子面防突层岩体挤出位移逐渐由单一卸荷引起向卸荷和前伏岩溶水压共同影响过渡;掌子面各测点位移及位移增加幅度均持续增大;掌子面挤出位移和掌子面水流速度在突水通道即将形成时出现激增和突升现象,具有明显的突水前兆特征。