考虑拉压模量及主应力顺序的隧洞应力解析解

针对圆形水工隧洞,采用统一强度理论和弹脆塑性模型,考虑了不同工况下主应力顺序变化、不同拉压模量、中主应力以及软化等因素的综合影响,推导了圆形水工隧洞问题弹塑性解答,探讨了不同拉压模量比、中主应力等对隧洞临界压力以及极限压力的影响。算例分析结果表明,对于圆形水工隧洞应正确考虑不同工况下第一主应力的变化,且应重视拉压模量差异的影响,传统的压力隧洞弹塑性解答假定岩土体具有相同的拉压模量使得工程设计偏于保守,考虑拉压模量的不等可以更真实的反映岩土材料的力学特性,以期达到设计经济和安全。该结果为水工压力隧洞的弹塑性分析提供了理论依据,对工程设计具有一定参考价值。     

基于统一强度理论的隧洞弹塑性应力解析

基于统一强度理论对第一主应力为径向应力及环向应力2种情况进行弹塑性应力分析,推导得出了围岩应力及塑性区半径计算公式。隧洞围岩有完全弹性状态、最大主应力为径向应力的弹塑性状态及最大主应力为环向应力的弹塑性状态3种状态,隧洞弹塑性分析时,首先判断围岩所处状态,进而选择正确的公式进行计算。分析结果表明中间主应力有利于围岩充分发挥其强度潜能,从而提高隧洞围岩稳定性,而且中间主应力系数越小,围岩稳定状态对中间应力敏感度越高;当洞内压力小于第二临界应力时,增大洞内压力有利于提高围岩稳定性,而当洞内压力大于第二临界应力时,则围岩稳定性随洞内压力增大而降低。     

考虑衬砌屈服的深埋水工隧洞应力解析解

采用统一强度理论,根据不同工况下不同的应力状态,正确选择第1主应力,推导考虑衬砌屈服的深埋水工隧洞应力解析解.当选取不同的统一强度理论参数6时,可得到一系列有序的应力场公式、临界压力公式和塑性区半径与内水压力的关系,能适用于更多的材料和结构.通过工程算例,比较本文方法与传统方法的不同,说明考虑第1主应力的变化是正确的,更符合工程实际,并得出统一强度理论参数对衬砌和围岩应力的影响特性,最后根据临界压力给出了公式的适用条件.该结果为水工隧洞的弹塑性应力分析提供理论依据,对工程设计有一定的参考价值.     

热力耦合作用下圆形水工隧洞围岩弹塑性解析解

为研究圆形水工隧洞围岩弹塑性区受力特点,基于Mogi-Coulomb强度准则和弹塑性理论,考虑温度和衬砌结构的影响,推导热力耦合作用下水工隧洞围岩应力、洞壁位移和围岩塑性区半径的解析解。依托新疆某高地温水工隧洞工程进行计算分析,对中间主应力系数、温度、混凝土强度、衬砌厚度和围岩应力分布及塑性区半径间的关系展开参数分析。结果表明：温度变化产生的拉应力会使衬砌结构对围岩支反力减小,围岩塑性区半径和洞壁位移有所增大,隧洞岩体稳定性变差;中间主应力系数b对岩体强度影响较大,b=0.5时围岩塑性区半径明显小于不考虑中间主应力时的塑性区半径;提高混凝土强度和增加衬砌厚度在初始阶段都能明显限制围岩塑性区发展,虽后续效果都不佳,但增大衬砌厚度更能限制围岩塑性区发展。     

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。     

具有衬砌的圆形水工隧洞弹塑性应力统一解

针对具有衬砌的圆形水工隧洞,假定衬砌与围岩位移连续,考虑不同工况下主应力顺序、岩石应变软化和中间主应力等综合影响,采用统一强度理论和弹脆塑性软化模型,推导衬砌和围岩弹塑性应力统一解.选取不同的统一强度理论参数,可得到一系列应力场公式及塑性区半径与内压力的关系.通过工程算例分析知,考虑第一主应力的变化是正确的,更符合工程实际,并得出统一强度理论参数、软化特性参数对衬砌和围岩切向应力的影响规律.研究结果表明,统一强度理论参数和软化特性参数对衬砌与围岩塑性区切向应力的影响显著.     

冲击回波法在水利水电钢管压力隧洞脱空检测中的应用研究

冲击回波法是主要的无损检测手段之一。目前对于水利水电钢管压力隧洞的脱空检测研究不多。文章应用现有技术和设备对钢管压力隧洞脱空检测进行应用研究,通过预制与被检对象结构相似(钢板厚度、混凝土强度等)的结构,并对该结构进行脱空测试,确定模型脱空阈值,并利用确定的阈值对结构进行脱空检测,测试结果表明,冲击回波法能够有效的对钢管压力隧洞的脱空进行检测。最后综合分析水工相关规程中的测试方法及流程,进行汇总整理并结合对钢管压力隧洞脱空检测技术,形成了一整套针对钢管压力隧洞钢衬脱空的检测方案,为有效检测钢管压力隧洞脱空提供了重要的技术支撑。     

蒙特卡罗法在水工隧洞可靠度中的分析及应用研究

阐明了水工隧洞中存在的不确定性 ,分析了与传统意义上“定值法”有别的不确定性概念 ,并论述了后者的合理性。深入对水工隧洞的作用荷载及其统计量作了分析 ,并建立了分析水工隧洞可靠度的数学模型 (可靠性功能函数 ) ,应用基于概率论的蒙特卡罗法原理对水工隧洞进行了统计模拟分析。以贵州省南盘江天生桥二级坝索水电站II号水工隧洞为工程实际算例进行了验证 ,并把结果与公式法和有限元法的计算结果进行了分析比较 ,得出了一些重要的结论 ,对水工隧洞的安全性更为科学地分析有很大的促进作用。     

水工溢洪隧洞底板混凝土施工技术

本文适用于大断面水工隧洞底板混凝土施工。大型水利工程普遍存在泄洪、溢洪隧洞工程,因水工隧洞长期泄洪、冲刷,对隧洞混凝土要求较高,本文针对隧洞底板混凝土施工技术进行分析说明。     

水利工程中压力隧洞型式的选择与系数计算

水工压力隧洞的埋设深度决定其施工工期的长短和造价的高低。若能将隧洞内的水压力荷载传递到岩体内,而不引起岩石滑移或涌水的危险,则隧洞距地表面的距离即为压力隧洞的最小埋深。在工程实践中,确定埋深不大的压力隧洞的衬砌型式及参数应仔细研究山岩岩体的结构和应力状态,其最终方案的选择必须进行系统的数值研究。     

富水岩溶隧道掌子面安全岩柱厚度研究

富水岩溶隧道施工时掌子面前方的安全岩柱对保障隧道的安全施工至关重要。为了计算出较为合理的隧道掌子面安全岩柱厚度,以华丽高速营盘山隧道为依托,基于塑性区贯通准则及位移突变准则,建立三维流固耦合数值模型,分别对不同埋深、溶洞内水压力及开挖方法下的掌子面安全岩柱厚度进行了研究,并给出掌子面安全岩柱厚度的区间。结果表明：隧道安全岩柱厚度随隧道埋深及掌子面前方溶洞内水压增加而增大;隧道一次开挖洞径越小,支护越及时,安全岩柱厚度越小;最小安全岩柱厚度区间随隧道埋深增加而增大,但随掌子面前方溶洞内水压增大而减小。采用CRD法开挖时,掌子面安全岩柱厚度及安全岩柱厚度区间均最小,对岩溶隧道掌子面的稳定性也最好。     

不同侧压系数下各向异性巷道围岩破坏模式研究

针对各向异性初始应力状态(不同的侧压力系数下)的岩体巷道开挖问题,利用复合材料的Hoffman强度准则考察各向异性对巷道周围应力、位移和塑性破坏区的影响.结果表明:巷道围岩的最大主应力与侧压系数无关,当θ=30°~60°时为最大,θ=0°,90°时为最小.随θ的增加,巷道围岩的水平位移增加,垂直位移减小.在各向异性岩体中强度较大的方向与最大应力方向一致时,破坏发生在此方向,塑性破坏区的范围为最大.     

软岩圆形隧洞衬砌支护时机现场变形监测判据研究

结合软岩的应变软化力学特性,将隧道围岩状态分为弹性区、塑性区和松动区,采用非静水压力的柱状孔扩张与芬纳理论,推导圆形隧洞非静水压力下塑性区、松动区最大半径的求解公式,并结合实际工程经验建立了隧洞顶拱变形与塑性区、松动区半径大小的关系式,在此基础上结合衬砌提前施作的工程实际,提出了衬砌施作时机的收敛变形监测判据。该方法已在新疆引额济乌顶山隧洞施工、设计中得到了应用并取得了较好效果。     

基于Hoek-Brown的双向不等压隧道支护估算及工程应用

现行隧道塑性区分析中常基于轴对称荷载建立分析模型,忽略侧压力带来的影响。增加了对围岩侧压力的考虑,基于Hoek-Brown准则推导了双向不等压圆形隧道的塑性半径及应力计算式。依托滇中引水工程板凳山隧洞的监测数据,结合滑移剪切模型对隧道的极限位移和极限支护应力进行计算。结果表明:在确定围岩材料参数的条件下,塑性边界上的径向应力为恒值;环向应力在θ为0～30°范围内与侧压力成正比,在θ为30°～90°范围内与侧压力成反比,当θ取30°时环向应力为最大值,最终形成蝴蝶状的曲线。隧洞塑性区范围随着侧压力系数的降低呈现出上下端部小,中间部分大的椭圆形,在λ<0.38后,塑性区不再是可完整包裹开挖截面的椭圆形。基于滑移剪切模型对隧洞极限位移和极限支护应力进行计算,完善具有滇中红层特性的隧洞支护特征曲线。根据以上的计算结果对支护方案进行修正,并通过监测结果验证了方案的合理性。     

非线性破坏准则下浅埋隧道围岩压力的极限分析

采用土体非线性破坏准则,基于浅埋隧道的泰沙基破坏模式,利用极限分析法中的上限定理,推导非线性破坏准则下浅埋隧道围岩压力的计算公式。运用序列二次规划算法进行优化分析,得出围岩压力上限解的最优值。研究结果表明:当非线性系数m=1时,非线性破坏准则变成线性Mohr-Coulomb准则,本文方法的计算结果与泰沙基极限平衡法的计算结果比较接近,证明了本文方法的有效性;非线性系数对围岩压力上限解有较明显的影响。     

扩容角对圆形巷道岩爆过程的影响

利用FLAC模拟了不同扩容角时圆形巷道的岩爆过程。为了模拟巷道开挖,利用编写的FISH函数删除巷道内部的单元。岩石服从莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的破坏准则,破坏之后呈现应变软化—理想塑性行为。文章的模拟分为3步：首先,将静水压力施加在模型上,直到达到静力平衡状态;然后,利用编写的FISH函数,开挖巷道;最后,计算重新开始,直到达到静力平衡状态。模拟结果表明,随着扩容角的增加,剪切带变宽,岩爆坑变深,破坏单元数目增多,破坏区变大。当扩容角较低时,高剪切应变集中于“狗耳”形岩爆坑位置,剪切带与巷道周边切线之间的夹角较大;当扩容角较高时,高剪切应变集中于巷道周边的一些位置上,剪切带与巷道周边切线之间的夹角较小。该研究结果与Roscoe,Arthur理论相符。     

埋深对TBM法掘进隧道应力变形的影响

为了研究不同隧道埋深对围岩应力变形和塑性区发展趋势的影响,对TBM法掘进隧道时的围岩稳定性进行有限元数值分析,分析不同埋深条件对围岩应力变形和塑性区发展趋势的影响。计算结果表明,随着埋深的增加,应力、位移、塑性区、发生岩爆的几率都有不同程度的增加。地应力以构造应力为主,洞周不存在拉应力区,塑性区呈环状分布。当埋深较大时,进行管片收敛变形计算时采用MC准则要优于DP准则,当侧压系数增大时,管片应力变形有不同程度的增加。掌子面附近管片收敛较小,往洞口方向收敛变形值逐渐增大,在距掌子面500 m之外的管片收敛变形趋于稳定。     

深埋圆形毛洞隧道围岩压力拱范围研究

为揭示深埋圆形毛洞隧道围岩压力拱范围,基于复变理论及经典弹塑性理论,结合M-C屈服准则,提出了一种准确预测围岩压力拱内、外边界的方法,并通过数值计算验证了预测方法的正确性.在验证预测结果正确的基础上,研究了隧道埋深、侧压力系数和围岩条件3个主要因素对围岩压力拱范围的敏感性.研究结果表明:1)软弱松散岩体中深埋圆形毛洞隧道上半部分是施工的关键,施工时应考虑对隧道拱顶120°范围内采取适当的超前支护手段,以确保隧道施工安全;2)围岩条件较差时,隧道施工促使周边围岩松动区贯通,必要时建议采取全断面超前注浆加固措施,以防止围岩松动区进一步发展.研究理论为判定毛洞隧道周围松动区是否贯通和确定隧道超前支护的位置及范围提供参考.     

基于现场监测与数值模拟公路山岭隧道IV级围岩段仰拱优化分析

为探究公路隧道设计中,仰拱的优化对于改善隧道的受力和变形条件的影响。以三车道Ⅳ2级围岩段隧道为研究对象,借助FLAC3D有限差分软件,采用Hoek-Brown屈服准则,对替代仰拱的新型支护方案进行了分析,并结合赤承高速公路的典型隧道断面,现场监测了锚杆轴力、初衬压力以及二衬与初衬的接触压力等项目。本文通过对现场监测数据与数值模拟进行分析,提出Ⅳ2级围岩下替代仰拱的条件,底部加基础梁的新型支护体系下隧道整体稳定性满足要求,研究成果可以为其它类似工程提供借鉴与指导。     

云雾山隧道围岩力学性质研究

对宜万铁路云雾山隧道灰岩进行室内三轴压缩试验研究,分析与比较了自然状态和饱和状态试样在不同围压下应力-应变关系曲线,结果表明,含水状态和围压对岩石的峰值强度、轴向应变及弹性模量均具有一定影响.在主应力空间内,利用线性莫尔-库伦强度准则拟合试验数据得到岩石的强度参数C,φ值,为该隧道工程的计算分析提供参考.对岩样的破坏特征进行分析后得出:在较低围压下,试样基本上为宏观单一断面的剪切破坏,随着围压的增大,试样有向两个相交的剪切面发展的趋势.