分离式隧道扩建成小净距隧道群爆破震动控制研究

双洞分离式隧道扩建成四洞小净距隧道群的施工必须保证原隧道衬砌结构和新建隧道与原隧道之间中夹岩的稳定.运用三维有限元动力分析方法,对分离式隧道扩建成小净距隧道群的施工过程中原隧道衬砌结构爆破动力响应特性进行分析.根据原隧道衬砌结构最大平均有效应力特征得到了Ⅳ级、V级围岩隧道在不同施工方式条件下的原隧道衬砌结构的最大爆破震动控制速度和控制药量,为隧道扩建设计和安全施工提供了依据.     

爆破冲击荷载下花岗岩残积土的力学响应试验研究

地铁隧道盾构施工前,通常需要对风化层中的孤石进行爆破处理,爆破荷载不可避免地对周围土体产生扰动.为了调查爆破冲击荷载对花岗岩残积土力学行为的影响,开展了不同冲击速率、频率、振动峰值应力及有效围压作用下花岗岩残积土的冲击动力试验,分析冲击荷载引起的超静孔隙水压力和变形的发展规律与破坏模式.结果表明:高速冲击引起的颗粒重排会增大土的内摩擦角,但强度增大的同时也会破坏原生结构强度,土体产生更多裂缝;振动峰值应力与频率对残积土的影响均存在着临界值,振动峰值应力与频率超过临界值时,强度软化且变形量增大;低围压下残积土可能会出现剪胀与剪切带破坏;提出的3种爆破冲击破坏类型中,低频高振动峰值应力的冲击条件下易出现严重的冲击破坏,频率3 Hz、振动峰值应力400 kPa是厦门花岗岩残积土介于破坏型与亚稳定型的临界影响值,因此,工程实践中应关注低频、高振动峰值应力的爆破冲击对周围土体带来的危害.研究可为花岗岩风化层中爆破法处理孤石提供施工参数,也可为考虑爆破振动影响的土层的力学参数确定与评价提供技术支持.     

不同开挖错距条件下偏压连拱隧道围岩及中隔墙应力变化规律分析

偏压连拱隧道施工工艺繁杂,围岩多次扰动,两个洞体之间相互扰动影响较大,导致衬砌结构内力分布更为复杂。以大中山1号偏压连拱隧道为工程背景,结合隧道实际开挖情况,采用MIDAS/GTS软件建立隧道三维数值模拟计算模型,对偏压连拱隧道V级围岩中导洞-台阶法开挖不同施工顺序下围岩和中隔墙受力变形及二衬受力状况进行模拟分析。结果表明,当浅埋侧主洞先行,上下台阶开挖步距为6 m,左右幅掌子面错距为2.5~3倍洞径时,开挖作业过程中两洞相互影响较小,结构受力较为合理。     

过江隧道穿越既有铁路相互影响研究

过江隧道穿越既有铁路的相互影响是一个难点.依托重庆长江隧道穿越襄渝铁路工程进行研究,研究结果表明：过江隧道施工对既有铁路两个方向地表沉降的影响都很小,最大值为2.549 mm,故受影响的既有铁路附近地层不需做特殊加固处理,但要加强监控;既有铁路对过江隧道结构安全性及洞周位移影响也较小,在列车荷载作用下结构最小安全系数为6.8,过江隧道结构仍是偏于安全的,故隧道结构可不作加固处理,只需加强监控.研究成果为保证既有铁路的正常运营及过江隧道的结构安全性提供了理论基础,并可为相似工程提供参考.     

隧道围岩施工监测及位移动态模拟分析

为了研究不同支护结构参数和不同开挖方法对围岩位移的影响,以百勺洋隧道为研究对象,通过现场实测、回归分析和数值模拟的技术手段,以大型非线性有限元软件ADINA为研究工具,建立有限元模型。通过改变锚杆支护相关参数和开挖方法,进行大量模拟运算。运算结果表明,随着锚杆长度的增加,地表点下沉量不断减小,隧道的底鼓幅度也逐渐减小,边墙的收敛量也逐渐减小;随着锚杆间距的增加,顶端最大下沉点的竖直方向沉降值增大,边墙收敛值也增大;开挖方法不同时,随着开挖步数的减少,地表下沉值增加,隧道底鼓现象也越明显。开挖步数越多,洞周收敛值越小。     

露天煤矿采场软岩边坡稳定性研究

针对某露天煤矿采场边坡出现的不稳定现象,通过大量现场地质调查,总结分析出滑坡主要是由采区软岩地质造成。在此基础上采用FLAC-拉格郎日显式有限差分法对采场的边坡进行分析,并根据模拟采场边坡的应力、应变及位移情况,通过分析确定危险边坡的潜在不稳定范围。分析过程中充分利用FLAC-拉格郎日显式有限差分法对应力应变逼真的模拟这一特点,采用理论分析与数值模拟二者相结合,计算得出边坡的稳定系数,对露天煤矿边坡稳定性做出了客观评价,为露天矿下一步滑坡防治方案、边坡监测方案的制定提供了决策依据,对实际生产有着及其重要的指导意义。     

基于FLAC3D的深基坑开挖对近距离建筑的安全影响研究

为了解决深基坑开挖过程中邻近建筑物的安全问题,结合某隧道匝道基坑工程实例,用FLAC3D数值模拟软件对基坑及周边建筑进行虚拟建模,模拟分析不同土体加固的效果。分析了土体加固对基坑开挖应力场、位移场的影响规律以及对近距离大型建筑物的保护作用,并与现场基坑开挖施工过程中的监控量测数据进行对比。研究结果表明:在有土体加固的工况下,可以提高本区段坑内土体抵抗变形的能力,对基坑开挖所引起的土体扰动具有良好的阻断作用。建筑物的沉降量得到了较为有效的控制,在基坑开挖过程中,整体沉降过程较为稳定,沉降发展较为平缓,可为邻近建筑物的深基坑开挖提供一定的借鉴。     

茶条岭隧道数值模拟分析与研究

以十堰至天水高速公路茶条岭隧道现场的监测数据为依据,运用大型有限元软件 MIDAS,采用三维模型模拟隧道开挖过程,并将数值模拟的结果与实测数据的分析结果相对比.分析表明围岩在初期支护施工一段时间后,经过应力调整,其变形和支护结构受力趋于稳定,拱顶下沉和周边位移满足监控管理标准规定     

爆破震动等效载荷模型

通过对实验数据、点源矩理论和等效孔穴理论的分析对比认为: 在爆破区的邻近范围以外的震动信号主要来源于由于爆破作用引起的爆破后的爆破区邻近范围内地质结构的自振. 震动信号是由结构进行滤波后传出的, 而不是像很多人认为的那样: 这种滤波作用主要是由介质的非弹性性质(如介质阻尼等)决定的. 由此给出了一种适用于松动爆破的爆破震源的等效模型, 说明并验证了在一定条件下载荷的时间函数的冲量的决定作用. 同时实现了利用有限元方法对爆破震动过程进行数值模拟, 与实验结果的对比说明模型简单有效.     

露天矿边坡稳定性的仿真模拟研究

结合现场工程实例,应用RFPA-SRM模拟了该矿顶帮高陡边坡失稳的动态过程.基于强度折减理论,确定了滑坡模式,以及影响边坡的稳定性的因素.通过对仿真模拟结果的分析得出如下结论:边坡开挖后的稳定性破坏是一个循序渐进的过程,同时存在拉张和剪切两种破坏方式,其根本原因在于边坡岩体所处的应力状态.     

地震作用下岩体边坡锚固界面剪切作用数值模拟分析

为研究地震作用下锚固岩体边坡中锚杆-砂浆界面和砂浆-岩体界面的剪切相互作用,揭示锚固界面上相互作用机理,同时获得地震作用下锚固岩体边坡两锚固界面的剪应力分布规律,采用有限差分软件FLAC3D建立锚固岩体边坡数值分析模型,并用interface接触面单元模拟锚杆-砂浆界面和砂浆-岩体界面的剪切相互作用,对简谐地震波作用下锚固边坡中全长黏结锚杆锚固界面剪应力的分布规律进行了研究,研究发现:在地震作用下,砂浆-岩体界面剪应力首先达到其极限黏结强度并出现脱黏现象,剪应力峰值从破坏面向锚杆两端发展;与此同时,锚杆-砂浆界面上的剪应力没有达到其极限黏结强度,但是该界面剪应力峰值会随着砂浆-岩体界面的脱黏而进行相应的调整;砂浆-岩体界面脱黏后,锚杆轴力呈两翼外凸的人字形曲线分布,轴力曲线拐点与界面剪应力曲线峰值点相对应,脱黏区域锚固体均匀拉伸,轴力分布均匀.该研究可为相关模型试验、现场监测、设计施工研究提供参考.     

城市浅埋近接桩基客运专线隧道施工方案研究

依托成绵乐客运专线机场路隧道下穿成都市蓝天立交工程,采用有限差分软件FLAC3D进行三维数值模拟分析。主要从隧道开挖所造成的地表沉降、桩基下沉量以及桩基端部水平位移差值这三个方面进行研究。研究结果表明：暗挖施工方案明显优于明挖施工方案。研究成果为既有立交桥的正常运营以及机场路隧道施工的顺利进行提供了保证,又可为相似工程提供参考。     

软弱围岩下小净距隧道中岩柱加固方法分析

建立基于Drunker-Prager本构模型小净距隧道弹塑性三维模型,进行室内比尺模型试验的数值模拟。比较数值模拟和室内试验之间的结果,验证数值模型试验的有效性。通过对围岩的位移、塑性区、整体塑性能释放、最大塑性应变分析,比较上、中、下岩盘等不同加固工况的优劣,为实际施工加固方案择提供技术参考。     

基于监控量测的隧道围岩变形时空特性分析

隧道开挖导致围岩应力释放与调整,围岩变形具有明显的时空特性。通过分析围岩变形机理,结合大中山2号隧道现场监控量测数据,对隧道开挖后进口浅埋偏压段围岩变形的时空特性进行了分析。结果表明:隧道进口浅埋偏压段上覆围岩变形与开挖掌子面位置及移动过程具有明显的时空特性,隧道开挖后地表横向沉降呈U字型分布,且随埋深的增加累计沉降量逐渐减小。隧道围岩变形趋于稳定时,拱顶沉降和周边收敛时间特征曲线相似,并进行了回归分析。隧道围岩变形规律的分析研究对于防治工程灾害、确定支护最佳时机、调整施工工序有重要意义。     

考虑孔隙压密的岩石非线性变形行为计算分析

含孔隙裂隙岩石的非线性变形对分析岩体工程中的力学响应和安全评价具有重要意义.需要考虑岩石的孔隙性建立能够反映岩石变形非线性特性的本构模型.本文首先分析了岩石非线性变形的力学机理,将岩石的全应力应变曲线分成两段.然后对两段分别建立本构关系:在压密闭合阶段,提出压密因子的概念,以表征孔隙率变化对岩石变形特性的影响;除压密闭合阶段外的另一阶段,基于损伤理论,采用岩石细观单元本构模型来描述,以最大拉应变准则和摩尔-库仑准则作为损伤判断准则.借助有限元分析软件COMSOL Multiphysics,通过MATLAB编程实现对该模型的数值求解.为验证模型的正确性,将数值模拟得到的结果与试验数据进行对比.最后,对6种孔隙率不同但岩石基质相同的岩石进行了单轴压缩破坏过程数值模拟.研究结果表明:运用提出的压密因子所建立的本构模型可以很好地模拟岩石的压密闭合阶段的非线性,对同种岩石孔隙率越大单轴抗压强度越小,随孔隙被压密弹性模量越来越大.     

堆积体地层隧道围岩注浆效果水-力耦合分析

根据饱和非饱和渗流理论,结合公路隧道工程实例,通过渗透力与应力耦合的三维有限元模拟,分析了注浆层厚度、围岩与注浆层渗透系数比对堆积体地层隧道涌水量以及对围岩和支护结构的影响.分析结果表明:①注浆层厚度对涌水量影响较小,注浆层渗透系数对涌水量影响很大,控制注浆层渗透系数在1.0E-9 m/s以下可以有效地满足隧道施工和安全运营的需要;②水-力耦合效应使围岩应力、位移、塑性区范围及支护结构应力增大,注浆对其具有明显的改善作用.     

建(构)筑物拆除爆破塌落触地的试验研究及数值模拟

利用混凝土块自由下落撞击C40、C30、C20混凝土平台来模拟建(构)筑物拆除爆破塌落触地引起的地震效应。使用爆破振动智能检测仪等设备,通过改变混凝土块自由下落高度、冲击面状态(长、短边朝测点的方向)、混凝土平台类型来检测塌落体触地产生的振速和振动频率。分析试验数据:以C40平台为例,下落高度为10 cm,当变为5 cm时,混凝土平台水平方向上离落点距离为40 cm、80 cm处的两个测点最大振速减少了33.4%、21.7%;当其他条件相同,仅改变冲击面状态,由短边变为长边时,最大振速下降16.2%;当平台由C40变为C20时,最大振速下降37.4%。通过数据分析可知:建(构)筑物拆除爆破过程中,地面刚度越高、塌落高度越高、冲击地面为短边朝向测点时,塌落体引起最大振速越大,对周围保护对象造成的危害越大。因此在工程实践中,采取措施减少这些因素引起的损失很有必要。最后,通过ANSYS/DYNA对试验过程进行数值模拟,得到撞击瞬间混凝土块受力大小情况和撞击平台的混凝土块中心处的瞬时振速。试验所测振速与模拟结果有较好的吻合。     

各向异性开孔弹性泡沫的压缩大变形分析与模拟

通过将规则Kelvin模型沿某一方向伸长,而保持与其垂直方向的原有尺寸不变,得到了结构各向异性的胞体模型;然后,利用其在整个空间具有的周期性和对称性得到了简化后的周期性结构单元,并类似于已有文献中的做法,采用半支柱求解单元和弹性挠曲理论来分析其力学行为,获得了沿胞体伸长以及垂直于胞体伸长两个不同方向上的应力、应变的理论表达式和相应的压缩应力-应变曲线;并且,利用有限元模拟方法对上述理论预测结果进行了验证.结果表明:在应变不太大时,理论预测与有限元数值模拟结果非常接近,证明了理论分析的有效性;各向异性比对泡沫材料的力学性能影响显著,随着各向异性比的增加,在相同应变下,压缩应力在胞体伸长方向得到提高,而在垂直于胞体伸长方向则表现为下降.     

顺兴露天矿顺倾软弱基底内排土场稳定性研究

以顺兴露天矿内排土场边坡为研究对象,以Mohr-Coulomb准则作为边坡失稳判据,基于强度折减理论,应用有限差分软件FLAC3D对顺倾软弱基底内排土场稳定性进行了数值模拟研究,通过分析边坡的应力分布特征、位移分布特征,确定了边坡的破坏模式,揭示了滑坡机理。研究结果表明,顺兴露天煤矿内排土场边坡处于稳定状态;滑坡是在拉-剪复合作用下形成的,潜在滑坡模式为以基底弱层为底界面的切层-顺层滑动;该弱层附近产生的应力集中是边坡发生剪切破坏的外在因素,基底岩土体在载荷作用下发生破坏是边坡整体失稳的直接原因。     

AlGaN势垒层应变弛豫度对高Al含量AlxGa1-xN/GaN HEMT性能的影响

采用数值算法自洽求解Poisson和Schrödinger方程, 计算了AlGaN势垒层的应变弛豫度对高Al含量AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）中的导带结构、电子浓度以及二维电子气(2DEG)薄层电荷密度的影响. 利用所获得的精确薄层电荷密度与栅电压的关系, 采用非线性电荷控制模型解析求解了应变弛豫度对Al_xGa_1-xN/GaN HEMT直流输出特性的影响. 计算表明, 应变弛豫度为0时所获得的Al_0.50Ga_0.500N/GaN HEMT的最大二维电子气薄层电荷密度为2.42×10¹³ cm^-2, 最大漏电流为2482.8 mA/mm; 应变弛豫度为1时所获得的最大二维电子气薄层电荷密度为1.49×10¹³ cm^-2, 最大漏电流为1149.7 mA/mm. 模拟结果同已有的测试数据相比, 符合较好. 对模拟结果的分析表明, 对高Al含量的AlGaN/GaN HEMT进行理论研究时需要考虑应变弛豫度的影响, 减小AlGaN势垒层的应变弛豫度可显著提高器件的性能.