香丽高速富水软岩隧道拱顶支护力的上限分析

依据极限分析上限原理,基于实际工程建立了非线性破坏准则下深埋地下隧道拱顶的破坏模型。考虑到富水软岩地质,根据饱和度来选用相应的岩石强度参数,利用边界条件推导了破坏体的形状,得到了拱顶所需支护力的表达式。将理论值与香丽高速隧道监控量测值进行了对比,结果表明,二者吻合良好,体现了本文方法的正确性与可行性。     

受水压作用下隧道围岩压力的非线性上限分析

针对浅埋隧道,在非线性破坏准则下,根据虚功率原理求解了围岩压力的上限解,并分析了不同因素对围岩压力的影响.研究结果表明:岩土材料破坏准则的非线性、地表荷载、孔隙水以及埋深对浅埋隧道的围岩压力都有较大的影响,尤其是决定岩土材料抗剪强度参数的非线性系数;另外,侧压力系数较小时,边墙的围岩压力较小,而顶部的围岩压力却很大,则此时需要注意和加强浅埋隧道顶部的支护措施,防止发生冒顶事故.     

非均质和各向异性土质浅埋隧道支护力研究

针对土体的非均质和各向异性,以土质浅埋隧道为例,采用极限分析上限法和可靠度方法研究隧道支护力的大小.结果表明,土体非均质和各向异性对支护力的影响程度取决于隧道的埋深.当埋深小于15m时,围岩的自稳能力较差,土体非均质和各向异性的影响不能明显地体现出来,支护力主要随埋深的增大而增大;当埋深大于20 m时,围岩的自稳能力较强,支护力随土体非均质和各向异性的增大发生明显变化,埋深越大,土体非均质和各向异性对支护力的影响越强.可靠度研究表明,非均质和各向异性参数的分布及变异系数的大小对支护力的影响较大,对数正态分布时影响更为明显.建议在土质浅埋隧道设计时,务必考虑土体的非均质和各向异性,防止保守支护增加工程成本或支护力不足引起隧道坍塌.     

非线性准则下深埋公路隧道围岩压力研究

基于非线性Mohr-Coulomb屈服准则,构建了深埋隧道围岩多块体破坏模式。借助极限分析上限能量方法导出了隧道围岩压力目标函数解析解,并通过软件优化获得最优上限解。以娄衡高速笋安山隧道为工程依托,将本文获得的优化上限解与现场实测数据进行对比,论证了所构建的隧道破坏机制的有效性及准确性。研究成果可以为今后深埋隧道的支护设计以及安全评估提供理论依据。     

上硬下软地层盾构隧道开挖面极限支护力分析

极限支护力是保证盾构隧道开挖面稳定性的关键参数.但目前鲜有学者研究上硬下软地层中盾构隧道开挖面极限支护力的现状.本文基于极限平衡法和筒仓理论,假设破坏面为折线,建立了适用于该地层的盾构隧道开挖面极限支护力计算模型,并得到其计算公式;进而对该地层模型进行数值模拟.结果表明,与不考虑地层分层的传统方法相比较,本文方法与数值计算结果更为吻合,证明了当开挖面横跨上硬下软地层时考虑分层的必要性.在此基础上,对埋深、上下土层厚度及土体强度指标等参数对极限支护力的影响进行了分析.结果表明:当上下地层土质不同时,考虑分层与否所得的极限支护力差异较大.因此,上硬下软地层不能等同于均质土层,在工程实践中需予以考虑.     

岩石极限分析非线性理论及其应用

基于非线性Hock-Brown破坏准则,对均质各向同性的岩石介质建立岩石极限分析非线性理论.根据非线性准则的切线方程,构造静力容许的应力场和机动容许的速度场,在整个应力场和速度场,切线方程的强度参数值保持不变,作用在单位面积的正应力、剪应力不变,但大小未知.在分析上限非线性时,根据切线方程,基于单刚块或多刚块破坏机理,计算外力的功率与内能耗散功率.当岩石在外荷载作用下发生破坏时,外力所做的功率与内能耗散功率相等,以此建立目标函数与约束方程.对目标函数与约束方程进行优化,以此确定切线方程的切点位置和最小能量耗散.在分析下限非线性时,根据切线方程,建立静力容许的应力场.应力场要满足平衡条件、应力边界条件、并不违反非线性破坏准则.根据平衡条件求出下限解与切点位置.应用结果表明,极限分析非线性理论是正确的.     

基于尖点突变理论的基桩极限承载力判定及预测

将尖点突变理论应用于基桩极限承载力判定及预测中,建立了基桩极限承载力判定及预测的尖点突变模型,提出了根据尖点突变理论进行基桩极限承载力判定及预测的4类判定方法,对判定方法的2种适用情况进行了分析.将4类判定方法与文献中的判定方法进行了比较.结果表明,判定思路Ⅳ可用于工况1情况下极限承载力的进一步判定.经静载荷试验数据验证,对基桩刺入破坏、屈曲破坏的极限承载力判定及预测,建立的尖点突变模型均有较好的适用性,可由判定思路Ⅱ在工况2的情况下,进行基桩极限承载力的预测估计.     

基于非线性破坏准则的浅埋偏压隧道稳定性分析

根据虚功率原理,从能量的角度出发,对浅埋偏压隧道的稳定性系数和支护力进行求解,并且对计算结果进行对比与分析.结果表明:在线性破坏准则下,稳定性系数的计算结果与已有的研究成果基本一致,最大误差小于10%,验证了文中计算方法的正确性;在非线性破坏准则下,岩土材料的非线性破坏准则、隧道的埋深与地面坡角、地表荷载以及孔隙水等不利因素对支护力有较大的影响.文中还给出了不同参数值所对应的破坏面的位置,为浅埋偏压隧道的支护设计提供了理论依据.     

基于上限定理的砂卵石地层盾构隧道开挖面稳定性分析

目前对砂卵石地层开挖面稳定理论模型的研究相对较少,施工过程中盾构机支护力的施加多凭借施工经验进行。为研究砂卵石地层开挖面失稳问题,运用极限分析法上限定理,结合椭球体放矿理论,建立盾构隧道开挖面极限分析模型的计算方法,研究开挖面前方土体变形未发展至地表与发展至地的表两种工况,得到了极限支护力的上限解析解。并选取五种典型的理论分析方法验证了计算结果的正确性。结果表明：所提出的对数螺线椭球体机制得到的开挖面极限支护力受地层内摩擦角、隧道直径以及土体重度的影响较大,埋深和黏聚力的影响较小,地表超载的影响最小;其中开挖面极限支护力均随着土体重度和隧道直径的增大而线性增大,随着摩擦角增大呈现非线性减小趋势;通过与旋转破坏机制、3D对数螺线机制、FLAC^3D数值模拟得到的开挖面前方塌落区域的对比,所提出的开挖面前方塌落机制与数值模拟能接近地层的失效形状。     

基于非线性破坏准则的隧道顶板稳定性分析

利用数值方法建立了隧道计算模型,采用Hoek-Brown准则描述隧道围岩破坏情况,通过厚度折减法,分析了Hoek-Brown准则情况下,隧道开挖的顶板稳定性.得出结论:①随着隧道跨度的增大,安全顶板厚度也逐渐增大,二者关系符合线性特征;②隧道围岩开挖后,大部分处于受压状态,仅在隧道正上方局部位置存在拉应力区域:随着隧道跨度的增大,顶部围岩所承受的拉应力逐渐增大;③跨度较小时.隧道顶板和边墙主要发生剪切破坏,破坏范围呈现以隧道为中心向外扩散的翼型形状;随着跨度的增大,此范围出现部分拉剪破坏区域.     

多次矩阵、泛函突变论与运动稳定性判定

李雅普诺夫直接法基本解决了驻定线性和部分非线性系统运动稳定性判定问题,但对复杂非线性系统,尤其非驻定系统运动稳定性的判定很困难。本文创立了多次矩阵、泛函突变论,并利用它们建立了判定系统运动整体稳定性的两种方法:第一法——泛函加初等突变论法:第二法——泛函突变论法。此二法在很大程度上克服了李雅普诺夫直     

突变理论在区域性黄土工程特性评价中的应用

随着人类工程活动的发展,人们逐渐认识到岩土体的变形破坏及其演化过程中受到多种相互影响的因素的制约,表现为一种非线性过程,已经不能用传统线性规律去考虑了。正因为如此,非线性科学迅速在岩土工程领域中得到广泛应用。本文以区域性黄土为例,运用非线性科学中的突变理论分析其特殊的工程特性。     

基于突变理论的采空区风险评价模型研究

首次将系统新三论之一的突变原理应用于采空区稳定性评价的研究中,介绍了突变评判法的基本原理和使用步骤.对岩石力学、空区几何参数和空间分布参数设置等基本要素进行分类,构建了影响采空区稳定因素的指标体系,并以该指标体系为基础,构建了采空区风险评价的突变模型.对铜矿采空区稳定性状态进行定量评价,确定采空区的风险等级,结合原始数据得出影响采空区稳定的主要因素,提出相应的治理措施.     

基于尖点突变理论的单桩竖向承载力分析

在桩基工程中,单桩竖向承载力的确定和设计关系是否安全和经济的重要问题,国内外关于单桩竖向极限承载力的确定方法很多,但较为完善、科学和经济的方法较少.本文利用桩受竖向荷载时的荷载与位移的关系曲线,引入尖点突变理论,导出单桩竖向承载力的计算公式,并将导出的单桩竖向承载力的计算公式运用于实际工程中,与实测值相比较得到了较为满意的结论.     

基于主成分分析法的深基坑支护方案优选模型

深基坑支护方案受多种因素影响,而且因素之间可能存在重叠、相关关系.为选择经济合理、整体综合指标最优的支护方案,在分析影响深基坑支护体系因素的基础上,将主成分分析法应用于支护方案优选中,提出基于主成分分析法的深基坑支护方案优选模型.并成功应用于深基坑工程支护体系综合决策中,为复杂系统的综合决策提供了一条新途径.     

基于支护结构强度和变形综合优化的隧道支护理论与方法

针对新奥法在工程应用中的不足,分析了采用经典地压理论解决隧道工程支护问题的合理性与缺陷,提出了基于支护控制曲线、工程地质情况、监测数据的闭环式目标控制优化支护理论.通过有限元法分析不同应力释放率下支护结构应力与围岩变形的关系,利用支护应力与围岩变形控制条件确定目标控制位移,通过计算后续步段开挖对变形影响的修正控制位移,并结合实际工程的现场位移监测数据,最终确定合理的二次支护施作条件.通过工程实例,验证了该方法的正确性与实用性。     

危险评价的广义突变理论

引入分析力学,泛函分析和变分原理,对系统危险性进行分析,在系统安全理论和泛涵的基础上建立了危险评价的突变模型,发展了事故分析及危险评价的更高层次的突变理论,称之为危险评价的广义突变理论,通过两个典型实例,介绍了广义突变理论的应用方法。     

基于突变理论的开拓方式优选

 鉴于常规多指标决策法在处理开拓方案优选问题时存在不足,建立了基于突变理论的开拓方案优选系统。以新桥矿露天转地下开拓方案为例建立评价模型;综合考虑决策开拓方案的影响指标,如经济、技术、地质、通风与环保条件等;对各评价指标依重要性进行整合处理,构建层状评价系统;应用归一公式对评价系统进行递归运算,计算各方案最终突变隶属函数值,得到3个方案的评价值分别为0.960、0.976和0.953,从而确定方案Ⅱ最优。