浅埋偏压小净距隧道围岩变形影响因素数值模拟研究

通过有限元数值模拟软件模拟了浅埋偏压小净距隧道在不同间距和不同埋深条件下的开挖,研究了隧道间距和埋深对隧道围岩变形的影响。结果表明:隧道的最大变形出现在拱顶,但并不在拱顶的正中间,而是中间偏右侧;右侧隧道的拱顶、拱底和侧墙等部位的位移均比左侧隧道的大;随着隧道间距的增大,地表沉降值不断减小,而拱顶下沉累计沉降量先减小后增大;随着隧道埋深的增大,拱顶沉降量增大,地表沉降累计值减小。     

水平地震力作用下浅埋偏压隧道松动围岩压力的研究

在考虑水平地震力影响的基础上,对浅埋偏压隧道围岩压力进行研究,求出破裂角及隧道围岩压力的解析解。研究结果表明:在埋深较浅一侧,水平地震力对破裂角的影响很小,破裂角随着水平地震力的增大而增大;在埋深较深一侧,水平地震力对破裂角的影响则很明显,埋深较深一侧的破裂角随着水平地震力的增大而减小,例如在Ⅵ级围岩条件下,破裂角的变化率高达38%;水平地震力对隧道拱顶围岩垂直压力的影响不大,隧道拱顶围岩垂直压力随着水平地震力的增大而减小。     

隧底隆起偏压浅埋矩形隧道围岩应力上限分析

基于极限分析上限法,给出了考虑隧底隆起偏压浅埋矩形隧道围岩应力的解析解表达式,并对不同深埋比和岩土体抗剪强度参数对隧道围岩应力的影响进行了研究。研究结果表明:随着浅埋隧道的埋深及断面尺寸的增大,浅埋隧道极限围岩压力也将增大;浅埋隧道极限围岩压力随着岩土黏聚力和内摩擦角的增大而显著减小。     

地形偏压对公路隧道偏压程度影响模型试验研究

为研究地形偏压对公路隧道偏压程度影响,以鹤大高速回头沟隧道为依托工程,采用铁砂、汉白玉等材料,按照几何相似比1∶80,容重相似比1∶1制作隧道模型,结合现场试验验证模型试验的合理性,研究不同埋深、地表坡度对公路隧道偏压程度影响.试验表明:①随着埋深的增大,隧道偏压程度不断减小,当埋深达到35 m以上,偏压程度变化较小,...     

软弱围岩下浅埋隧道稳定性的能量分析

基于能量的角度,采用极限分析理论中的上限定理对软弱围岩下浅埋隧道的稳定性进行分析,得到了围岩压力的理论公式。研究表明:埋深、土体容重越大及黏聚力、内摩擦角越小,浅埋隧道的围岩压力越大,破坏范围也越大;当埋深较大、围岩较好时,浅埋隧道由于自稳能力有可能不会发生破坏,而对于比较差的围岩,在施工过程中应采取更为安全可靠的支护措施,以防止发生垮塌破坏。     

地震力作用下浅埋偏压隧道围岩压力的解析解

以拟静力法为基础,通过地震力偏角的旋转,结合极限平衡条件,推导出地震作用下浅埋偏压隧道围岩压力的解析解,并探讨了其影响因素.研究发现地震侧压力系数受岩土体力学指标的影响明显.在地震力作用下,竖向地震加速度系数使拱顶总垂直压力值减少,多数情况下会降低地震侧压力系数;水平向地震加速度系数对总垂直地震压力和地震侧压力系数的影响规律取决于水平地震力的方向.浅埋侧的地震侧压力系数随着地面倾角的增大而减小,而深埋侧的地震侧压力系数随着地面倾角的增大而增大.     

不同埋深下暗挖隧道施工的地层响应

采用实测统计和数值模拟方法,对北京地铁区间暗挖隧道开挖后不同埋深下的地层应力、塑性区分布及地层变形3个方面进行分析研究.结果表明:1)隧道开挖后洞周切向应力升高区随埋深增大而向围岩深部转移,埋深达到20 m后,应力升高区的转移减缓;2)随埋深的增大,洞周塑性区与地表塑性区由完全贯通变为逐渐分离,地表塑性区的范围逐渐减小,但洞周塑性区的范围变化不大,而塑性区以外的弹性区范围增大;3)埋深达到12 m时,地中沉降曲线出现拐点,拐点与洞顶的距离随埋深的增大而增大,埋深达到20 m后,曲线拐点基本稳定在洞顶上方10 m处;4)计算结果与实测统计规律基本一致,最大地表沉降值随着埋深的增大而减小,但减小的幅度随着埋深的增大而逐渐减小.     

大断面黄土隧道破坏模式离散元分析

以大断面黄土隧道为背景,采用颗粒流程序PFC2D对黄土围岩破坏模式进行研究,再现黄土围岩破坏全过程,综合分析塌落拱与压力拱的发展过程.结果表明:离散元分析与现场实际围岩破坏模式基本吻合;对于黄土围岩,随着荷载逐渐增大,拱部先出现破坏,同时破坏向拱脚蔓延,初始塌落拱出现,塌落拱进一步向围岩深部发展;埋深为影响塌落拱发展关键因素,当埋深较小时,形成蔓延至地表的贯通性裂缝甚至塌陷坑,当埋深足够大时形成稳态塌落拱,与普氏理论类似;压力拱发展与塌落拱相对应,隧道形成稳态塌落拱,同时围岩压力拱亦达到稳定,且拱部压力拱范围扩展较快,反之,即为破坏延伸至地表,无法形成压力拱.     

考虑黏聚力与内摩擦角的变坡面 浅埋偏压隧道围岩压力计算方法

为了研究变坡面浅埋偏压隧道中黏聚力与内摩擦角对围岩压力的影响规律,基于极限平衡法求解变坡面浅埋偏压隧道深、浅埋侧推力,进而推导出变坡面下独立考虑黏聚力与内摩擦角的围岩压力计算方法,通过与规范公式以及既有文献对比分析,验证了文章所提方法的合理性,并探讨了深埋侧水平侧压力系数的影响因素.结果 表明:水平侧压力系数随地面坡角的增加逐渐增大,随夹角(岩土体)的增加呈现先减小后增大的趋势,随黏聚力与内摩擦角的增加逐渐减小.此外,黏聚力的分算有利于考虑环境因素(如降雨)引起的岩土体力学参数(黏聚力)急剧变化带来的不利影响;而内摩擦角对隧道深埋侧水平侧压力系数影响较大,表明将内摩擦角进行分算对围岩压力计算具有重要意义.相关研究成果可为类似变坡面浅埋偏压隧道结构设计提供理论依据.     

浅埋偏压对连拱隧道施工力学效应的影响及处治措施

浅埋偏压赋存条件是诱发连拱隧道大变形灾害的重要因素.以某浅埋偏压公路连拱隧道工程为背景,借助数值模拟方法对比研究不同开挖方案条件下偏压连拱隧道围岩、支护结构及曲中墙力学行为变化规律,并结合现场实测数据分析偏压洞口失稳灾害原因及处治措施.研究结果表明,围岩水平位移和竖向位移呈非对称分布,施工阶段埋深较大侧围岩变形受偏压荷载作用影响更为显著;不同开挖方案条件下中墙水平应力分布差异不明显,而竖向应力分布差异较大,中墙墙脚(拱脚)位置出现水平压应力集中现象;方案Ⅱ条件下隧道初期支护拱顶水平和竖向位移均约为方案I的1.40倍以上,且方案Ⅱ更易引起埋深较大侧隧道中墙墙体因遭受附加偏压荷载作用而发生压裂破坏;针对浅埋偏压洞口大变形诱发原因,给出相应的防治措施,加固处治效果显著.研究成果可为浅埋偏压隧道施工变形控制和灾害防治提供科学参考.     

急倾斜煤层分段开采下部煤岩体应力及位移演化规律

为了掌握急倾斜特厚煤层分段开采时工作面下部煤岩体应力及位移演化规律,采用数值模拟方法研究了工作面下部煤岩体和工作面底板的应力及位移分布,并分析了分段高度和开采深度对下部煤岩体应力及位移的影响。研究表明：上分段开采后,下部不同深度煤岩体卸压范围均呈长轴沿煤层走向的椭圆状,但卸压范围并不对称,底板侧和顶板侧的煤岩体卸压程度不同,靠近底板侧卸压程度更大。下部煤体卸压深度大小为底板侧>工作面中部>顶板侧。煤层底板不同深度出现不对称卸压区,靠近回采分段上端部的煤层底板处垂直应力明显集中。急倾斜煤层分段开采,段高对下部煤体的卸压深度范围影响较小。开采深度不同时,随着埋深增加,工作面下部煤岩体应力集中区域增大,下部同一深度煤体的垂直应力、垂直位移均出现明显增加,开采深度对工作面下部煤岩体的卸压范围影响明显,埋深越大卸压范围也越大。     

东海煤矿深部回采工作面矿压规律

为了得到深部回采工作面的矿压显现规律,采用相似模拟、理论分析、数值模拟与现场观测相结合的方法,对东海煤矿32#煤层左九工作面顶板活动规律,上覆岩层移动、破坏规律以及支承压力的分布规律进行了理论分析与实践研究,得出了该工作面顶板活动的各项参数和上覆岩层移动、破坏的范围以及支承压力的分布变化规律。研究表明,深部开采工作面随着采深增加,支承压力有所增加,支柱载荷也增大,但顶板活动规律、上覆岩层移动规律与浅部开采相比变化不明显。该结论为龙煤集团同类矿井进入深部开采阶段采场围岩控制设计提供了参考依据,对其他同类矿井具有很好的借鉴作用。     

分叉隧道施工对主隧道扰动的数值模拟

以大连地铁促进路站至春光街站区间45°交叉隧道建设工程为背景,采用有限差分软件FLAC3D模拟0°~90°7种不同横通隧道开挖对主隧道的扰动情况;并对主隧道锐角侧与钝角侧地表沉降进行对比分析,得出不同交叉角度时隧道的变形规律。结果表明:随着横通隧道开挖角度的减少,主隧道锐角侧的变形量逐渐变大,钝角侧的变形量逐渐减少;主隧道锐角侧曲线的波动性较大,钝角侧曲线则相对平缓;主隧道拱顶沉降最大值并非出现在交叉区中点,而是出现在主隧道开挖方向向前一定距离,并偏向横通隧道一侧。     

考虑水-力耦合和不同应力路径的砂岩卸荷力学特性试验

为研究不同渗透压力条件下的岩石卸荷力学特性,选取砂岩为研究对象,开展了不同渗透压力和不同应力路径下的三轴卸荷试验,并与常规三轴试验进行对比,比较了不同应力路径下的岩石强度特性,分析了渗透压力对岩石变形和强度参数的影响。试验结果表明：渗透压力的增大会弱化岩石强度,岩石的峰值强度随渗透压力的增大而降低,而轴向变形随渗透压力增大而增加,渗透压力越大,岩石的压密段特征越明显;针对两种不同的卸荷应力路径,恒轴压卸围压路径条件下,岩石的黏聚力不断降低,内摩擦角不断增加,而加轴压卸围压路径条件下,岩石的黏聚力不断增加,内摩擦角逐渐降低。     

基于有限元的散体货物对敞车静侧压力研究

以C80B敞车为研究对象,基于有限单元法,由连续介质理论,认为散体货物服从Drucker-Prager屈服准则,采用面面接触法建立敞车三维有限元模型,对散体作用于敞车端、侧墙的静侧压力进行有限元分析,并对散体的内摩擦角、泊松比、散体与敞车摩擦角进行参数分析.研究结果表明:侧压力沿敞车墙高非线性分布;侧压力在敞车端、侧墙处由中心至两端侧压力逐渐减小,呈现一种立体化分布的状态;内摩擦角增大导致侧压力减小的趋势逐步的放缓;泊松比增大导致侧压力减小的趋势逐步的增大;外摩擦角对端、侧墙侧压力的影响并不相同;外摩擦角对散体侧压力的影响较之内摩擦角、泊松比要微弱.     

井底压差对岩石破碎的影响机制

综合地层应力、井底压力、孔隙压力以及牙齿吃入地层引起的应力,建立牙齿吃入深度的表达式,依据摩尔-库伦准则建立钻头牙齿吃入地层的岩石破碎模型。将综合地层和钻井参数因素的误差函数β与深度x的比值作为欠平衡钻井的应用参考参数,计算各种压差和β/x条件下的吃入深度,并分析其变化规律。结果表明:在压差的作用下,具有渗透率和孔隙度的待破碎薄地层内的孔隙压力并非原始地层孔隙压力,而是随时间和位置的变化而变化,其分布规律可以用一维不稳定渗流来表示和计算;牙齿吃入深度的表达式可以将压力、流体等因素对岩石破碎的作用清楚地表达出来;所建模型可以解释欠平衡钻井提高钻速的力学机制,以及定量描述随钻地层压力监测dc指数法的适用范围。