单拱四车道公路隧道断面的优化

合理的扁平率对大断面隧道稳定性和经济性具有重要的意义。本文以广东省龙头山隧道为工程背景,采用大型有限差分软件FLAC,对不同埋深、不同围岩条件下的四车道公路隧道进行了数值模拟,计算出单拱四车道公路隧道围岩的位移、塑性区分布和最大剪切应变率,分析了扁平率对隧道断面的力学特征影响规律,得出以下结论:单拱四车道公路隧道的扁平率应控制在0.61～0.63,这既能满足初期支护条件下围岩稳定性要求,又能提高隧道建设的经济效益。     

依据扩容率判断围岩的稳定状态

确定围岩的稳定性状态是地下工程研究的关键难题之一，至今尚无有效的分析方法，即使进行了现场监测，也难以判定围岩的稳定状态。本文以自承载能力是决定围岩稳定性的主要因素为依据，在深入分析现场实测资料的基础上，开展了反映围岩变形特点的平面应变试验，综合建立了围岩扩容率与其自承载能力的关系模型，以期在现场监测结果与围岩稳定状态之间架起桥梁。     

不同开挖方式下深部岩体能量积聚特性

探讨了不同开挖扰动下围岩塑性损伤分布以及应变能调整过程,对高地应力条件下机械法(TBM)以及钻爆法开挖进行了数值模拟,并比较了不同开挖方式导致的围岩损伤和应变能积聚特征.结合锦屏二级水电站引水隧洞现场监测资料,验证了不同开挖方式下围岩应变能积聚对岩体损伤区及岩爆孕育的影响.研究结果表明:高地应力下岩体开挖卸荷使围岩应变能呈现出驼峰状积聚形态,由表及里按低→高→低分布;TBM开挖后围岩中应变能的积聚峰值明显高于钻爆法,而应变能的积聚区域却较浅.开挖后围岩发生低等级岩爆的风险较钻爆法高.     

薄层状片岩大断面隧道三台阶法数值分析

以中兰客专某层状片岩大断面隧道工程为依托,在考虑层状岩体强度和变形各向异性的基础上,采用MIDAS GTX软件进行三台阶法施工数值分析,研究了隧道围岩的空间变形特征。结果表明：（1）层状岩体中隧道变形具有空间非均匀性特征,拱顶沉降远大于边墙收敛。随着掌子面的推进,拱顶沉降曲线呈现缓—陡—缓形状,上、中台阶开挖沉降量所占比例较高,开挖影响范围为1倍洞径;边墙收敛曲线呈现缓—直—缓形状,开挖影响范围大致为2倍洞径。（2）隧道围岩塑性区呈现不对称分布特征,大致沿层面法向方向分布。随着掌子面的推进,塑性区逐渐向围岩深处扩展,各开挖台阶拱脚处塑性应变较大,是施工的薄弱部位。     

大倾角煤层回采巷道断面适应性

基于大倾角煤层回采巷道围岩应力显现规律,采用数值分析方法对不同类型断面巷道的围岩塑性区及应力非对称分布特征进行研究,并建立异形断面巷道围岩破坏力学模型,确定其合理的支护方式.结果表明,大倾角煤层回采巷道围岩塑性区沿煤层倾斜方向演化,顶底板破坏深度大于两帮,且两帮破坏程度差异大;巷道断面形状不同,导致巷道围岩应力集中程度、塑性区及变形量等有很大差异;拱形巷道围岩变形适应性好,异形巷道两侧的顶角煤易发生剪切破坏,但考虑回采巷道掘进、设备运行及服务年限等需求,常用异形巷道;采用"锚网+钢带+锚索"的支护形式,加强异形巷道顶板帮及坡顶煤的支护,满足支护阻力大于F1和F2,可明显减少巷道围岩变形,保持巷道的稳定性.     

基于FLAC3D的大断面软弱围岩隧道注浆加固数值分析

大断面软弱围岩隧道,因其开挖面积大、岩石强度低、围岩赋存环境差、岩体破碎等特点,使其力学性能与一般围岩存在较大差异.为避免隧道开挖时可能产生的大变形甚至坍塌破坏,对大断面软弱围岩隧道进行注浆加固处理尤为重要.本文应用有限差分软件FLAC3D对不注浆、拱部注浆、全环注浆三种方案进行数值分析,研究隧道注浆加固后围岩的应力分布和位移的大小以及围岩稳定性.结果表明,注浆加固能够有效改善注浆区围岩的力学性能,提高注浆区围岩的强度,减小围岩的位移,增强隧道的自稳能力.     

考虑蠕变效应的软岩特大断面隧道围岩抗力系数计算

根据软岩具有蠕变时效的特点,考虑岩体应力-应变全过程曲线,基于鲍格斯(Burgers)蠕变力学模型,推导出了考虑蠕变效应及初始地应力的隧道抗力系数计算公式。以沪昆高速铁路特大断面软岩隧道——明山隧道为工程依托,通过现场水压致裂试验获取隧道初始地应力以及室内岩石试验,获取围岩物理力学参数,代入该公式得到了明山隧道的围岩抗力系数。研究结果表明:该公式能够可靠的运用于具有蠕变效应的软岩隧道衬砌支护设计计算中;当围岩出现塑性流动变形时,围岩仍具有与衬砌共同承载的能力,这一研究结果对隧道衬砌设计具有十分重要的实际指导意义。     

巷道围岩塑性软化区粘聚力变化规律理论新解

塑性软化阶段粘聚力的变化规律是巷道围岩变形分区研究中十分关键的一个因素,它直接决定了各围岩变形分区范围的确定。为了揭示这一变化规律,借助解析几何的相关理论首先研究了塑性软化阶段环向应力与径向应力之间的关系,而后通过库伦准则、塑性软化阶段内摩擦角基本不变规律给出了该阶段粘聚力与环向应变之间的理想化线性关系。研究成果对围岩变形分区范围的确定、应力分布规律和应变分布规律的研究具有重要意义,对支护参数的量化设计具有重要的基础作用。     

地下工程围岩的平面应变实验技术

软岩和深埋地下工程的围岩一般要进入峰后阶段，大量裂缝的衍生、扩展、错动和张开是围岩变形、承栽力下降的主要原因，单轴实验已不能反映峰后围岩的变形本质。平面应变压缩实验与围岩的应变状态相似，但其要求实验台具有极大的侧向刚度，一般均不能满足。本项目利用高强混凝土和槽钢浇铸平面应变实验台，已开展了大量的平面应变实验，获得了成功。此外，峰后的体积应变和侧向应变也一直是难以获得的实验数据，项目通过相应的实验设计也成功获得。     

应力剪胀对浅埋隧道稳定性系数的影响

考虑剪胀对隧道围岩稳定性的影响,对浅埋圆形盾构隧道、浅埋两车道公路隧道和浅埋双线铁路隧道在围岩发生塑性流动时进行力学特征分析.分析圆形盾构隧道围岩的位移,塑性区分布和最大剪切应变率;计算圆形断面、双线铁路隧道、双车道公路隧道等3 种不同断面形状隧道的稳定性系数,分析剪胀角对围岩稳定性系数的影响.研究结果表明剪胀角对围岩位移的影响存在一个临界值;在围岩发生塑性流动时,塑性区随着剪胀角的增大而逐渐增加;剪胀角对围岩剪切破坏带和围岩稳定性系数都有较大影响;随着剪胀角的变化,隧道临界稳定系数也发生变化.     

东海煤矿深部巷道支护技术

煤矿深部巷道围岩压力大,超过其围岩的抗压强度。同时,采区巷道受动压的影响,巷道围岩变形破坏严重,影响正常生产。课题组采用优化巷道断面设计、加强关键部位支护强度、降低局部围岩应力等措施,使得围岩整体协调变形。现场实验表明,东海煤矿埋深1000m的巷道经受了两个回采工作面的动压影响,围岩受力状态良好,达到了预期目标。     

断面形状对巷道围岩稳定性影响的数值模拟分析

利用数值计算方法,研究了断面形状对巷道围岩稳定性的影响。结果表明:断面形状对巷道围岩的稳定性有较大影响。圆弧拱巷道围岩稳定性要远大于矩形巷道。采用矢跨比为0.2的圆弧拱巷道代替矩形巷道,可显著改善巷道围岩应力状况,减小巷道围岩变形量,减少围岩塑性屈服区域,加强巷道围岩的稳定性。     

大凉山地区深埋高地应力公路隧道岩爆机理及防治对策

本文以乐西高速大凉山2号隧道工程为依托,对大凉山地区深埋高地应力公路隧道岩爆机理及防治对策进行研究。从深埋隧道岩爆孕育力学角度出发,结合能量及应力条件,运用有限元分析软件MIDAS-GTS-NX分别建立隧道在不同埋深、进深及断面形状的三维有限元模型,对围岩应力特征进行比较分析。研究结果表明：从力学角度来看,岩爆的孕育过程是由弹性转换为塑性,并发生在塑性岩体中,周围弹性岩体负责为其提供能量,围岩储存的能量和开挖导致的应力集中分别是岩爆发生的根本条件和触发条件;隧道埋深、进深以及断面形状是影响隧道岩爆的重要因素,其中埋深对其影响最为明显,围岩最大主应力与隧道埋深、开挖进深及断面大小呈正相关性;隧道埋深在600 m左右时,围岩最大主应力达到45.90 MPa。根据强度应力比法,结合施工钻孔取芯参数,最终结果表明大凉山隧道属于极高地应力区,具有发生岩爆的风险,施工时应当采取相关防范措施。     

深埋隧道支护结构内力计算方法研究

深埋隧道是交通建设中的关键,对其力学行为进行深入研究具有重要的理论和工程实际意义。针对既有研究的不足,考虑到深埋隧道支护结构力学响应的空间差异性和施工过程围岩-支护结构的动态作用关系,建立了围岩竖向荷载与径向位移关于隧道横截面角度变化的平衡微分方程,获得了围岩压力作用下复合支护结构的内力解析解。根据支护反力与围岩径向位移的关系,推导了初支与围岩、初支与二衬间的围岩压力与位移解析解。结合数值模拟和现场监测结果进行分析,证实了计算方法的可靠性和有效性。最后基于该解析方法,对支护结构厚度和弹性模量进行了参数分析。结果表明:支护结构的厚度和弹性模量与其弯矩正相关,且弹性模量对弯矩影响更大,初支厚度和弹模的变化对围岩压力和径向位移的影响比二衬对其影响更显著。研究成果可为准确预测支护结构任意截面位置的内力提供一定理论支撑。     

矿井围岩与支护系统复杂性研究

为研究围岩与支护技术问题,对近十年来相关研究工作进行了系统分析,发现围岩与支护是相互作用、相互制约的一个复杂非线性系统。利用力学与非线性系统理论建立了围岩与支护系统的耗散结构模型,论述了围岩熵产生与支护熵流的相互关系。根据信息熵的原理建立了矿井支护可靠熵模型,并与结构可靠性进行对比分析。最后提出深部巷道断面优化设计,降低巷道底角的非线性应力集中状态,实际应用中使巷道底鼓量减少20%以上。     

爆破作用下金属矿山围岩稳定监测点优化布置

利用矿山现场取得的爆破地震波,结合矿山的实际开采状况,对爆破作用下金属矿山围岩稳定的监测点进行优化布置研究.为了分析爆破作用对地下金属矿山围岩稳定性的影响,截取矿山具有代表性的VII-2矿体剖面,利用光纤光栅传感器对现场爆破作用下的围岩应变进行监测,对爆破作用下围岩的稳定性进行数值模拟计算.依据数值模拟计算结果对围岩监测点的布置位置进行优化.研究结果表明,光纤光栅传感器对爆破作用造成的矿山围岩微应变能够有效的监测,利用光纤光栅进行矿山围岩稳定性监测是可行的.依据爆破前后巷道的位移、应力、加速度和速度变化规律,在布设传感器监测点时将规律点和关键点相结合,定期监测和长期监测相结合,可以更有效地进行地下金属矿山围岩稳定的监测.并适当增设补充点,能够对巷道监测关键点的布置进行有效优化,提高监测的针对性.在实际应用中,应结合应用现场的实际地质条件,在节理和裂隙发育或存在大断层区域增设监测点,以保证监测数据的完整和决策的正确.     

承压含水层顶板软岩巷道支护研究

本文就扎赉诺尔煤业公司铁北矿巷道支护状况差、随时都可能发生顶板事故、安全生产没有可靠保障、矿井健康发展将受到制约的生产实际状况,指出了巷道支护改革的必要性,对软岩巷道的特性、矿压显现特点、巷道围岩破坏类型进行了分析,提出了解决方法,论述了软岩巷道支护应遵守的原则与采取的措施和改革方法,阐述了适合铁北矿的巷道支护方法,以...     

基态氢原子的光电离截面

考虑末态电子与靶离子间的相互作用，作库仑波近似，导出了氢原子光电效应散射截面的解析形式。得出在低能特别是接近阈值时，末态相互作用对光电离截面起决定作用的结论。     

硬岩巷道快速施工关键技术及其施工工艺研究

东欢坨矿硬岩巷道施工缓慢,严重影响矿井生产。本文利用理论研究、实验测定等方法和手段对东欢坨矿硬岩石门巷道的围岩物理性质进行了细致、系统性的实验和研究。以"新奥法"为主要依据和基础,设计提出了硬岩石门巷道快速施工工艺和技术,提高了巷道掘进速度,对深部煤炭开采有重要意义。     

单拱大断面偏压隧道衬砌模型试验分析

模型试验方法分析大断面隧道衬砌结构的受力特性是一种比较实用的方法.以单拱四车道隧道为依托,按弹性阶段相似原则进行偏压条件下单孔大断面隧道衬砌破坏的室内模型试验,研究不同围岩条件下,隧道衬砌的破坏机制.试验通过千斤项加载的方式,模拟偏压条件下,不同围岩级别条件下的隧道衬砌的破坏行为,得到隧道模型的围岩及衬砌之间的接触压力...