非均匀应力场下圆形隧洞围岩弹性应力分析

为了能更好的研究隧洞围岩在非均匀应力场下开挖过程中整体的稳定性,根据隧洞围岩在非均匀应力场下的模型特点,将隧洞围岩周围应力划分为两部分进行叠加。基于D-P准则与理想弹塑性本构关系,采用双调和方程和半逆解法,推导出非均匀应力场下圆形隧洞弹性区围岩应力的解析表达式,并通过Flac3D数值模拟对理论分析结果加以验证。结果表明：考虑中间主应力系数的影响时,中间主应力系数越大与之对应的侧压系数范围越小;侧压系数越大隧洞帮部集中应力降低,拱顶的集中应力增大;同时理论分析结果与数值模拟结果基本一致。在考虑非均匀应力场分布的力学模型更为准确地反映了隧洞围岩应力分布特点,对隧洞围岩的支护方案具有一定的意义。     

有限元法在围岩稳定性分析中应用

有限元法具有计算精度高、对结构形状和荷载形式有良好的适应性等优点.有限元法把分析的连续体划分成许多较小单元,在单元之间满足线性方程,因此有限元法为非线性问题转化为线性问题提供了方法.基于有限元法开发的有限元软件具有划分有限元网格、计算隧洞围岩在开挖后的有限元各节点应力大小和变形位移、模拟围岩变形图、应力场分布和应力的流动等功能,为设计、开挖和维护隧洞提供了可行性方法.     

非圆形隧洞解析应力空间分布特征

隧洞开挖过程中快速获取掌子面附近围岩空间应力分布信息对其灾变防控至关重要。基于收敛约束法,将非圆形隧洞围岩解析解与可视化软件Tecplot相结合,提出一种高效、直观的隧洞解析应力空间分布呈现方法,利用该方法对引汉济渭岭北深埋隧洞掌子面附近的空间应力分布特征进行了分析,并在基础上探究了初始主应力场水平倾角对隧洞空间应力分布特征的影响。结果表明：沿隧洞纵向逐渐远离掌子面时,隧洞环向应力集中分布呈现出应力集中大小增长区、应力集中区域扩展区与应力集中区域稳定区三阶段特征。对于深埋硬岩隧洞,沿隧洞纵向远离掌子面的三阶段分布区间分别为0.5D (D为隧洞最大洞径)范围内,0.5~2.0D范围之间,2.0D范围外。此外,初始主应力场水平倾角对隧洞应力分布影响主要体现在环向分布方位,而对其纵向分布影响较小。     

隧道锚喷支护作用机理探讨

隧洞开挖破坏了原岩的应力平衡状态,产生次生应力场,对围岩的稳定性造成影响。根据其应力状态分布,采取相应的喷混凝土、锚杆或锚喷联合支护。文章介绍了锚喷支护的锚杆支护作用、喷混凝土支护作用以及锚喷支护的特点。对认识锚喷支护作用机理有一定的参考价值。     

隧洞围岩应力开挖扰动特征与规律研究

以锦屏二级水电站引水隧洞为研究实例,对引水隧洞掌子面推进过程中的围岩应力状态和主应力轴变化规律进行了研究.分别通过地质数据处理中的"极点图"表现方法和断裂力学应力状态参数应力三维度,来描述主应力轴的旋转变化规律和应力状态变化规律.研究表明,随着掌子面推进,掌子面前方的围岩主应力轴方向调整具有一定共性,均表现为最大、最小主应力以一定交角指向临空面,中间主应力近似平行临空面,隧洞围岩应力状态由三轴受压状态转化至双轴压缩或单轴压缩状态.最后,根据应力三维度随开挖进尺的变化关系和空间分布特征,将隧洞围岩开挖应力扰动区分为强应力扰动区和弱应力扰动区,分析了各扰动区的应力扰动特征和规律,相关结论与认识对于围岩开挖扰动研究具有较大的理论和工程意义.     

深埋隧洞开挖造成的应力变化过程

采用应力路径定义的安全系数计算方法,以锦屏二级水电站引水隧洞为例,采用FLAC3D软件分析深埋隧洞开挖造成的应力路径和安全系数变化过程.研究结果表明:在深埋隧洞开挖过程中,拱项、边墙和仰拱围岩的主应力、应力路径和安全系数变化规律基本一致;开挖面在监测断面2倍洞直径之内时,开挖开始引起监测断面处应力变化,在1倍洞直径之内时,变化则比较明显;在监测断面前约0.3倍洞直径时,会引起应力急剧变化;随着隧洞的开挖,围岩主应力的方向也会发生旋转,最大主应力方向最终旋转为隧洞的切向,中间主应力方向旋转为隧洞的轴向,最小主应力方向旋转为隧洞的径向;当开挖面通过监测断面后,安全系数趋于稳定值,且大于1,说明该隧洞在此种支护措施下是安全的.     

深埋隧洞围岩稳定性分析及结构设计研究

按照围岩是地下工程中主要的承载结构这一设计思想,应用弹塑性有限元法分析了锦屏二级水电站引水隧洞开挖及支护过程中围岩的变形规律与特征、围岩应力分布及其变化规律、塑性区范围,比较研究了不同渗控方案对隧洞围岩和衬砌的工作状态的影响,提出了较优设计方案.图4,表3,参6.     

高地应力隧道岩爆实验及模拟预测

为了深入了解高应力区岩爆机理、围岩失稳特征与应力场的变化关系,以黑石岭隧道岩爆为研究背景,运用强度准则理论分析、物理实验和三维应力场数值模拟的方法进行综合研究。研究发现,脆硬性岩体开挖卸荷后应力场σ_1、σ_3的变化态势对岩体破坏特征有直接影响,围岩σ_3值的增长抑制岩石的径向位移,造就应力场环向梯度的偏大,加上岩体聚集的较高的弹性应变能,是诱发岩爆的主要原因。掌握岩体岩性及破坏过程中应力-应变关系,研究分析开挖卸荷应力场的变化趋势,是预测判别岩爆及其发生位置的重要方法。     

影响核电厂取水隧洞抗震性能的几个因素分析

为了分析影响取水隧洞抗震性能的主要因素,运用动力时程反应分析方法,利用FLAC3D程序对某核电厂取水隧洞进行了抗震分析,并绘制衬砌内力包络图,分析地应力、应力释放系数、围岩弹性模量等参数变化对隧洞衬砌内力的影响。结果表明,随着初始地应力的增大,衬砌内力逐步增大;开挖时应力释放系数越小,二衬分担应力释放荷载比例越大,衬砌的内力也就越大;随着围岩弹性模量的增大,衬砌内力大幅度降低。该成果对隧洞抗震设计具有一定的参考价值和指导意义。     

开挖过程中隧洞围岩应力主轴旋转及其对围岩破坏模式的影响

采用扩展有限元法(XFEM),通过模拟岩体初始裂隙,研究应力主轴旋转变化下的岩体裂隙扩展模式;以某地下隧洞工程为例,分析隧洞开挖过程中不同部位围岩主应力旋转变化情况;结合应力旋转下岩体裂隙扩展模式,研究这种变化对围岩破坏的影响。研究结果表明:应力方向的旋转会造成围岩中初始裂隙在扩展深度和扩展方向上发生明显变化;在隧洞开挖过程中,洞顶附近岩体的应力方向则在旋转一定角度后即恢复初始方向,边墙附近岩体主应力最大旋转角度接近90o;受应力主轴旋转影响,不同类型岩体宏观上表现为不同的破坏模式,在实际工程中应予以关注。     

隧道围岩应力时序的神经网络预测模型

围岩应力是影响隧道稳定性的根本因素,掌握隧道围岩应力的变化发展趋势,是准确判断隧道稳定性的前提.针对隧道围岩应力变化难以准确预测的问题,作者在分析了隧道围岩应力变化规律和主要影响因素的基础上,采用BP神经网络建立了隧道围岩应力时序的神经网络预测模型.模型在綦万高速公路观音岩隧道施工中成功应用,结果表明采用神经网络预测隧道围岩应力时序是可行的,其使用简便,预测准确.     

无压隧洞围岩稳定可靠度分析

文章以刚体极限平衡的随机块体理论及地应力、围岩二次应力的强度理论建立概率极限状态方程,用可靠度理论进行无压水工隧洞围岩稳定分析,所得计算成果符合实际。使无压水工隧洞的完建期和检修期的围岩稳定问题得到较为满意的解决。     

隧道洞壁剪应力分布特征及影响因素分析

以隧道围岩位移为参量,推导出仅由围岩变形而产生的隧道洞壁剪应力计算公式.根据隧道洞壁剪应力计算公式可知,影响隧道洞壁剪应力分布的因素有隧道洞壁的部位、围岩弹性模量、隧道半径、锚杆间距、初始地应力因素.本文详细分析了隧道洞壁剪应力的分布特征以及这5个因素对隧道洞壁剪应力分布的影响程度,为隧道的支护设计提供了参考.     

深部开采巷道软弱围岩塑性区和剪裂区研究

考虑开挖二次应力场对圆形巷道软弱围岩的实际影响,基于双剪统一强度理论及力学原理,探讨了深部圆形巷道围岩塑性区应力及范围.考虑矿体回采爆破振动,对巷道软弱围岩弹性区域内产生的剪裂区应力进行了研究.最后,利用莫尔-库伦强度理论,推导了深部矿体回采爆破时巷道软弱围岩剪裂区范围,并对它进行了分析.     

花岗岩中深埋隧道扰动区应力测试与分析

在深埋隧道施工过程中,掌子面推进将引起围岩内部应力的重新分布,洞壁附近围岩处于扰动状态,确定扰动区应力对于深埋隧道结构设计和安全施工有着极为重要的作用。在阐述扰动区应力主要测试方法的基础上,使用钻孔式测试方法得到了某深埋隧道花岗岩围岩中扰动区应力及其随时间的变化过程,提出了使用双曲线拟合确定扰动区应力测试稳定值对应时刻的方法,研究了水平方向和垂直方向扰动区应力测试稳定值的分布特征。结果表明,与其他扰动区应力测试方法相比,钻孔式测试方法具有快捷、方便、实用的特点,可用于确定深埋隧道围岩扰动区应力。     

隧道与前方大型溶洞应力集中叠加效应

在陆家寨岩溶隧道施工期间,曾预报并揭露大型溶洞,施工过程中接近溶腔段围岩变形较大且伴随围岩块体脱落,给隧道施工带来极大的安全隐患。基于深埋球形洞室的弹塑性二次应力分布,结合新奥法隧道施工理念,利用FLAC3D模拟隧道开挖接近并进入大型溶洞的过程。在自重应力场下分析不同大小的球形洞室周围应力场对隧道围岩变形的影响。结果表明:球形洞室会在周围形成中心半径为1. 5倍洞室半径的应力集中带;隧道开挖接近应力集中带时,将引起隧道前方应力集中区与溶洞应力集中带的叠加;随着隧道继续开挖,叠加效应在下一个进尺完成后失效;分布在隧道两侧围岩,该叠加再分散的过程会造成拱顶、拱肩的变形增大,影响隧道开挖的安全。研究为中国岩溶隧道的建设有重要的参考和借鉴价值。     

深埋公路隧道高地应力场特征分析及岩爆预测

深埋隧道岩体中有较高地应力,在岩石强度较高的围岩处易发生岩爆,影响围岩稳定性。笔架山公路隧道埋深大,为降低其安全建设风险,本文通过工程区岩样岩体力学实验对围岩性质进行研究,结合地应力资料建立三维有限元地质模型反演隧址区地应力场,最终利用谷-陶岩爆判据和强度应力比岩爆判据对笔架山隧道岩爆状态进行预测。结果表明：隧道工程区内岩体有中等-强烈岩爆倾向;隧道沿线地应力场由自重应力场主导,大多数区段岩体处于极高应力状态,且水平最大主应力与隧道夹角较小,有利于围岩稳定;开挖后沿线围岩最大主应力峰值为63.2MPa,均发生在断面侧壁,因此在该部位发生岩爆的可能性较大;隧道沿线24%区段有发生岩爆的可能,且以中等-高岩爆活动为主,岩爆预测结果可为隧道开挖施工和灾害防治提供参考。     

长大引水隧洞岩爆的数值模拟及其应用

通过开挖卸荷的计算原理,运用有限单元法对长大引水隧洞进行数值模拟,并结合工程实际情况分析围岩应力状态,分别计算不考虑开挖卸荷影响和考虑开挖卸荷影响的长大引水隧洞围岩断面切向应力.数值模拟结果表明,应力集中部位在洞腰附近区域,且考虑开挖卸荷的计算方法能更好地反映实际工程情况.     

深埋隧洞渗流与应力耦合分析

富水区深埋隧洞工程,在建设过程中面临着与浅部隧洞明显不同的岩石力学问题,高水压力和高地应力是这类工程遇到的两大难题.地下水的渗流一方面对地下洞室的排水及周围地下水位有很大影响,另一方面地下水渗流对洞室围岩的力学、物理和化学性能产生影响.以有效应力原理为基础,应用渗透系数和孔隙度随体积应变改变而改变的动态演化模型,通过ABAQUS提供的接口,编制了用户子程序,从而实现了渗流与应力完全耦合,分析了渗流场与应力场的相互影响程度,为工程设计和施工提供了理论支撑.     

基于围岩受力影响的小净距隧道开挖方法优化

为了确定某小净距隧道适宜的开挖方法,利用有限元软件对全断面法、台阶法和单侧壁导坑法进行模拟,分析不同开挖方法引起的围岩应力云图,并重点对不同的开挖方法引起先行洞围岩及中夹岩柱的受力变化进行对比。结果表明:隧道开挖后在两洞仰拱部位出现拉应力集中区,两隧道之间最近的中夹岩柱是受力最为显著的部位,不同的开挖方法在周边围岩中产生的应力大小及变化趋势也存在差异,全断面开挖方法对先行洞周边围岩影响较小,台阶法的施工在两洞之间引起的应力较小。由此确定该小净距隧道先行洞采用全断面法,后洞采用台阶法进行开挖,通过现场实施,证明方法可行。