上软下硬岩体大断面隧道施工工法优化研究

大断面破碎围岩隧道的开挖,容易造成隧道掉块和坍塌,合理的施工工法能有效避免这些问题,并提高施工效率。依托海螺峪大断面破碎围岩隧道,针对岩体上软下硬的情况,开展隧道施工工法优化研究,并提出了一种新型的适应现场的HCD工法。采用三维有限元数值模拟软件MIDAS/GTS,分别对上下台阶法、CD工法和HCD工法进行数值模拟分析,从位移、塑性区、应力等方面进行对比分析,并结合现场监测数据,验证了HCD工法在该隧道施工过程中的合理性和安全性,研究成果可为相似上软下硬岩体大断面隧道的开挖提供一定的借鉴意义,具有理论和工程应用价值。     

节理倾角对隧道爆破振动影响的数值模拟研究

为更明确不同倾角充填节理下的爆破振动特性,通过数值模拟的方法,对理论分析及现场监测进行补充研究。本文采用ANSYS/LS-DYNA软件对不同倾角充填节理下的隧洞爆破进行数值模拟,研究并分析不同倾角充填节理对于爆破振动的影响。研究发现：在0°、45°、90°三个节理倾角中,节理倾角为45°时,振动传播的影响最为明显,振速衰减最大;节理倾角为0°时,振动传播的影响次之;节理倾角为90°时,振动传播的影响最小,振速衰减也最小。振动曲线呈现的规律为离爆源越远振动越小。不同时刻的应力云图中,炮孔至节理一侧的应力大于节理的另一侧应力,其中,节理倾角为45°时,阻隔作用最为显著,对应力的衰减也最明显,节理另一侧的应力更小,节理倾角为0°时次之,节理倾角为90°时为末。研究成果可为类似工程施工与隧道爆破控制提供指导。     

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。     

基于三维粗糙度评价的结构面剪切特性研究

为了研究岩体天然结构面形貌特征对岩体结构面剪切力学特性的影响,通过岩石劈裂方法,制备了适合剪切试验的天然岩体结构面,并通过岩体结构面三维激光扫描试验获得结构面形貌的点云数据,基于二维(2D)离散小波变换将结构面三维表面形貌分离为一阶起伏度分量和二阶粗糙度分量,并提出一种改进的结构面三维粗糙度评价方法。在此基础上结合室内直剪试验,分析试验结果,指出一阶起伏度分量是岩体结构面抗剪强度的主要来源,同时建立考虑三维粗糙度评价参数的岩体结构面剪切强度模型。     

层状围岩中小净距隧道合理净距研究

以在建的民和至小峡公路上鲁班亭隧道为对象,运用离散元数值方法,在考虑岩层结构面的基础上,研究了鲁班亭小净距隧道的合理净距。通过分析不同净距下的中岩墙竖向应力、塑性区分布以及中岩墙的水平位移特征,以中岩墙的竖向应力近似均匀分布和塑性区未出现贯穿为判别标准,得出了鲁班亭隧道合理净距为0.6B的结论。同时还分析了中岩墙的水平位移特征,结果表明:中岩墙水平位移大致呈"S"形分布,且水平位移随净距增加而减小。     

基于无人机技术的高陡危岩体参数获取及稳定性评价

以蓉遵高速公路K338+850上行线危岩带为背景,介绍了基于无人机倾斜摄影的公路高陡危岩体调查评价方法.采用无人机倾斜摄影技术获取带有坐标信息的高分辨率图像,基于SFM法合成三维高清实景模型,利用最小二乘法进行平面拟合提取坡面岩体结构特征,明确调查区7处危岩体特征.在此基础上,运用Rockfall软件对危岩体的运动路径...     

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。     

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...     

顺向缓倾岩层临坡地基复合破坏模式与极限承载力计算

顺向缓倾岩层临坡地基的破坏模式及极限承载力，与层面抗剪性能及产状与组合关系密切相关。迄今为止，众多学者基于临坡地基极限承载力的滑移线法对这一问题开展了研究，这些方法可以考虑层面特征与组合关系的影响，相比其他方法具有明显优势。然而这些研究大多都假设主动朗肯区底部与优势结构面直接相接，忽略普朗特尔过渡区的范围，这在一些情况下会出现计算结果偏大等问题。针对上述问题，基于滑移线严格解，考虑地基中客观存在的普朗特尔过渡区，采用应力间断面静力分析的力矩平衡法，建立了顺向缓倾岩层临坡地基极限承载力试算方法。采用该方法对不同倾角的顺向缓倾岩层破坏模式进行了分类：当岩层倾角小于最小临界值β_min,时，岩体发生“自锁”,为均质破坏模式；当岩层倾角大于最大临界值(β_min,β_max)时，发生顺层滑动破坏；当岩层倾角位于区间β_max时，发生复合破坏模式。最后将该模型应用于洞庭溪沅水特大桥中。结果表明：忽略过渡区范围的双平面破坏模式在该工程中应用时，计算结果偏大；所提方法计算结果最小，符合潘家铮“极小值”原理，计算结果更准确...     

考虑各向异性形貌特征的岩体结构面刚度计算模型

为了实现岩体结构面切向刚度和法向刚度的便捷化精准取值，准确分析结构面变形行为特征，以关山隧道闪长岩结构面为例，对结构面形貌信息进行数字化提取，应用3D打印技术制作结构面试样，开展单轴压缩与各向异性直剪试验，提出了各向异性新形貌参数，建立了结构面切向刚度与法向刚度计算新模型。研究结果表明:新形貌参数综合考虑了结构面起伏体上坡段的爬坡角与爬坡高度，有利于反映结构面形貌的各向异性特征，并且同一方向上结构面剖面线的形貌参数服从对数正态概率分布；在物理模型力学试验的基础上，结合结构面形貌参数、结构面壁面强度和法向应力构建的结构面切向刚度计算新模型，不仅降低了计算参数的获取难度，还可以更好地体现结构面切向变形能力的各向异性；改进的双曲函数法向刚度计算模型考虑了结构面初始法向刚度和最大法向闭合量与结构面壁面强度之间的量化关系，避免了复杂的力学测试，简化了法向刚度的获取过程；通过与经典计算模型和力学试验结果进行对比，发现采用新模型计算的刚度更为接近试验值，其中切向刚度与试验值的平均相对误差为2.09%~27.88%，法向刚度与试验值的平均相对误差为3.25%~17.25%，表明结构面切向刚度和法向刚度计算新模型可以更准确和便捷地获取结构面变形参数。