深埋隧道围岩稳定性的粘弹性力学分析

基于圆形隧道围岩稳定性的粘弹性力学分析基础之上，通过对粘弹性本构模型的改进，引用对数函数来描述岩石蠕变的本构模型．通过等代圆半径算法，把一般深埋隧道简化为圆形隧道，使其适应一般断面形状的隧道，最后给出了铁山坪隧道工程算例。     

一个粘弹性动力学的解析解

对依据粘弹性对应原理所得的粘弹性棒复频域动态响应，采用拉氏反变换的Ｂｒｏｍｗｉｃｈ积分公式，求得粘弹性棒的时域解析解。将该解析解与采用Ｄｕｒｂｉｎ拉氏变换数值反演法所得的数值解相比较表明，数值解几乎与解析解具有相同的精度。     

盾构隧道双层衬砌结构弯矩分配的解析模型

考虑盾构隧道双层衬砌结构中二次衬砌的结构性功能,研究盾构隧道双层衬砌结构弯矩分配特性,推导了弯矩分配比例的解析表达式。并采用有限元方法数值模拟了盾构隧道双层衬砌结构3个典型的例子,将解析解与有限元数值模拟结果相比较,验证了所推导解析解的正确性。研究表明,二次衬砌混凝土的所分担总弯矩与初次衬砌管片所分担总弯矩的比,近似等于各自截面惯性矩的比。在常规设计的双层衬砌厚度条件下(管片厚度h_1=0.5m,二次衬砌混凝土厚度h_2=0.2m),初次衬砌管片所分担总弯矩94%以上,而二次衬砌混凝土所分担总的弯矩仅仅占6%以下,二次衬砌对结构的承载能力贡献较小。     

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.     

破碎围岩中单拱隧道荷载计算的理论解

按岩体结构观点对隧道围岩进行分类,将其分为连续介质围岩、碎裂介质围岩、块裂介质围岩和板裂介质围岩等类型,其中碎裂介质围岩、块裂介质围岩和板裂介质围岩合称为破碎围岩,进而确定不同类型破碎围岩中隧道荷载计算的力学模型,求出了破碎围岩中隧道荷载计算的理论解,并将板裂介质围岩中隧道荷载理论运用于实际工程的计算.结果表明,计算值与实测值较吻合.     

可考虑任意围岩压力分布形式的隧道衬砌计算分析

以大型通用软件ANSYS为平台,采用静力等效原则,把压力转化为相应的节点荷载,解决了隧道围岩压力与节点位置相关又不与衬砌结构垂直的输入问题.利用ANSYS的参数化高级设计语言,编制了适合任意三心圆拱衬砌断面和不同围岩压力分布形式的隧道衬砌内力和偏心距的通用计算程序.这为隧道设计提供了很大的方便.以武广客运专线双线浅埋隧道为例进行了计算分析.结果表明:对于埋深较浅的隧道,如果拱顶围岩压力按均布进行计算,结果会产生较大误差.围岩压力仅按均布设计的隧道,拱腰易出现开裂;围岩压力仅按马鞍型设计的隧道,拱顶易出现开裂;最好采用多种围岩分布形式进行隧道设计与验算.     

轴对称荷载作用下圆形隧道围岩变形解析

根据隧道开挖后围岩中三向应力状态的渐变规律,分析了围岩的变形特性,对隧道围岩进行了合理分区.基于双剪统一强度理论中针对岩土材料提出的双剪三参数准则,推导了轴对称荷载下圆形隧道围岩中塑性区应力场、应变场、支护力和塑性区半径的解析解.经实例分析表明,所选强度理论符合岩体材料自身特殊的强度特性,考虑了中间主应力的影响,分析结果贴近围岩的真实状态.     

铁路隧道复合式衬砌可靠度的分布规律研究

研究了铁路隧道复合式衬砌可靠度计算方法.通过素混凝土和钢筋混凝土极限状态方程,确定了各随机变量,由误差传递函数计算荷载统计特征,进而确定了内力特征,最后通过H-L法计算隧道衬砌可靠指标.由上述隧道可靠度计算方法,对铁路隧道复合式衬砌标准参考图进行校核,研究了不同时速,不同围岩级别和类型的隧道可靠指标分布规律.结果表明:二次衬砌结构的可靠指标数值较大,一般在3.0以上,拱顶位置的可靠指标较小,为衬砌结构的薄弱环节,边墙和拱脚位置的可靠指标较大.对不同时速和不同类型隧道,随着围岩级别的增加,可靠指标越来越小.同等条件下,时速250km隧道复合衬砌可靠指标较大,安全储备较高,时速200km和350km隧道可靠指标相对较小.在时速和围岩级别相同情况下,浅埋隧道可靠指标普遍小于深埋隧道.     

粘弹性围岩中全长粘结式锚杆的计算

本文将文献[1]中获得的全长粘结式锚杆的弹性解答,通过拉普拉斯变换,推广并导出了粘弹性解答。本文的结果对地下工程进行粘弹性数值计算提供了基础,具有重要的实用价值。     

膨胀性土层盾构隧道衬砌管环计算模型

针对膨胀性岩土地层围压改变对盾构隧道衬砌管环内力和位移的影响,分析不同膨胀地层分布下隧道膨胀接触压力分布特征,建立考虑膨胀荷载的盾构隧道荷载-结构力学模型,运用力法推导不同膨胀荷载模式作用下衬砌管环内力解析解,并结合工程实例进行计算分析。研究结果表明,膨胀荷载对衬砌管环内力影响显著,不同膨胀荷载分布模式作用下衬砌管环内力分布规律存在较大差异,建议在工程设计中应予以重视。研究成果可为膨胀性岩土地层盾构隧道设计与计算分析提供参考。     

隧道工程围岩扩容和塑性软化的变形解析

系统考虑隧道工程建设过程中隧道围岩岩体的扩容和塑性软化特性,引入岩石扩容梯度和软化模量的概念,推导出均匀介质中软岩隧道围岩应力场和变形场的理论解析,与其他研究者理论模型进行比较,验证本文理论模型研究的正确性。通过算例分析了隧道工程岩体的扩容梯度和软化模量对围岩塑性区、破裂区半径以及围岩变形和压力的影响,研究结果对隧道支护设计与施工具有指导意义。     

围岩流变特性对隧道二衬支护时机的影响

为了研究岩体流变特性情况下隧道二衬的支护时机,首先推导了在考虑围岩流变特性时,衬砌抗力、位移及围岩的位移表达式;然后以广梧高速公路茶林顶隧道岩体为工程背景,探讨了考虑岩体流变情况下,隧道二衬支护时机的确定方法,并对比了围岩拱顶下沉实测值和理论计算值。结果表明：(1) 理论分析所建立的衬砌抗力、位移及围岩的位移表达式中均包含了时间参数,可确定达到不同衬砌抗力、位移及围岩位移所需要的时间;(2) 围岩拱顶下沉实测值和理论计算值表现出相同的发展规律,验证了所建立方法的正确性。     

聚合物溶液在波纹管中的流动规律

采用上随体Maxwell本构方程描述聚合物溶液的流变性,用数值方法研究了黏弹性聚合物溶液在油藏孔隙模型——波纹管模型中的流动.分析了具有不同黏弹性质的聚合物溶液在油藏多孔介质中的流动规律.研究结果表明聚合物溶液在波纹管中心线处的流速最大且黏弹性对此处速度的的影响较大;黏弹性聚合物的第一法向应力随威森伯格数(We)的增大而增大,且越靠近壁面处,第一法向应力越大,受We的影响越大;与第一法向应力相比,剪切应力随We的增大变化非常小.     

梁受余弦分布压力作用的解析解

以矩形截面简支梁为例，通过构造一个满足所有边界条件和双调和方程的应力函数，给出了粱受余弦分布力作用情况下相应的解析解，这为求解梁受任意分布压力作用下解的问题打下了基础．     

地下洞室复杂围岩弹塑性解析解初探

考虑到地下洞室复杂围岩各向异性的破坏条件,采用弹塑性分析方法,导出了各向异性洞室围岩山岩压力公式和有压隧洞覆盖层厚度公式.通过解析理论分析,定量地研究了山岩压力随层理作用而增大,覆盖层承载能力随层理作用而降低的变化规律.     

钻地武器作用下坑道动被复结构荷载的计算

为研究坑道动被复结构在钻地武器作用下的荷载变化情况,通过震塌荷载经验公式的计算对比,给出4级围岩在典型钻地武器GBU-28作用下的荷载变化规律。计算结果表明,震塌荷载的变化同坑道动被复段的围岩级别和支护类型有关,支护条件一定时,围岩质量越好其震塌荷载就越小;围岩级别相同时,支护条件越好其震塌荷载就越小。Ⅳ级围岩在24m左右时,不论采用什么支护形式,其震塌荷载都较大,因此Ⅳ级围岩不适宜构筑坑道工程的口部结构,在设计中应予以避免。     

Analytic solution of phreatic surface in the slope of reservoir bank

In most cases, the slope stability of reservoir bank is analyzed on the premise that the location of phreatic surface is obtained. But many designers generalize a line as the phreatie surface through their experience to analyze the stability, which is unsafe in the project. To find a solution of the phreatic surface which is convenient to put into use and in accordance with the practice, the article, based on Boussinesq equation, infers analytic solutions suitable to the water level at different ratios and achieves an analytic solution equation through fitting curves. The correctness of the equation is also proved by the experiments of sand and sand-clay models and the inaccuracy of empirical generalization is analyzed quantitatively. The calculation results show that the inaccuracy through the method of experiential generalizing is so large that the designers should be awake to it.     

石膏围岩隧道衬砌结构破坏模式及时变可靠度模型

石膏围岩具有很强的膨胀性和腐蚀性,在隧道全寿命周期内均会引起衬砌结构自身强度劣化及受力增加,严重影响隧道二次衬砌结构可靠性.针对石膏围岩膨胀特性和腐蚀性对隧道二次衬砌结构的影响分别建立了二次衬砌结构膨胀破坏模式和腐蚀破坏模式;考虑石膏围岩膨胀性和腐蚀性对隧道衬砌结构的综合影响,建立了石膏围岩隧道二次衬砌结构综合破坏模式;基于结构体功能函数,推导出能够初步考虑围岩膨胀性和腐蚀性的隧道衬砌结构可靠度指标计算公式;并分别建立了三种破坏模式下的时变可靠度分析模型.采用石膏围岩隧道衬砌结构综合破坏模式下的时变可靠度模型对礼让隧道进行了分析,得到其在使用寿命100 a内的可靠度指标变化规律.根据计算结果可以优化石膏围岩隧道衬砌结构的抗腐蚀、抗膨胀和支护结构设计参数,并对石膏围岩隧道使用寿命周期内的合理维护及维修提供依据.研究成果可推广应用于隧道衬砌结构的可靠度研究中.     

隧洞围岩拉压不同模量弹性理论的解析解

采用拉压不同模量弹性理论，探讨水工压力隧洞围岩变形规律，推荐了圆形隧洞弹性抗力系数与拉伸弹性模量、压缩弹性模量的数学表达式。结果表明，恰当地利用围岩拉压不同模量比，调整支护结构，可以充分发挥围岩的自持能力，从而为隧洞围岩支护设计提供理论依据。