断层破碎带隧道围岩稳定性的离散元模拟研究

断层破碎带是隧道施工中常见的不良地质体之一,容易导致隧道围岩失稳甚至塌方等问题。为了分析其对隧道围岩稳定性的影响规律,依托港珠澳大桥连接线南湾隧道,利用离散元软件PFC~(2D)建立二维分析模型。结果表明:断层破碎带作用下隧道围岩应力呈非对称性,当断层位于受拉一侧时,断层对隧道水平位移的影响更为明显;当断层穿越隧道轮廓面时,断层对隧道围岩竖直方向位移的影响比水平方向位移更加显著;对比断层比邻与穿越隧道两种情况,断层与隧道相交时的最大潜在松动破坏区是未相交时的2倍以上;现场监测结果表明,当断层与隧道边墙位置相交时,该断面的位移最大且相比其他断面位移值明显增大,约为其他断面相同位置位移的2.5倍,这与数值计算中断层破碎带对潜在松动破坏区的影响规律类似。     

穿越走滑断层隧道错动影响分区及隧道节段式衬砌抗错断性能控制

为了揭示我国西部地区穿越活动断裂公路隧道工程的变形及力学特性,通过数值模拟分析了断层左旋走滑运动对隧道结构产生的错动响应,建立隧道受断层错动影响分区,并提出隧道节段衬砌铰接设计这一抗错断措施。通过对比在影响区内设置不同长度节段衬砌时隧道结构的应力、位移响应规律,得出最优衬砌节段布置形式。研究结果表明：断层走滑错动2.5m时,隧道结构受错影响范围为断层与活动盘交界面附近2.7d(d为隧道跨径)内,定义1d~2.7d范围内为次要影响区,1d范围内为主要影响区;通过对比分析发现3 m节段对衬砌结构水平位移和最大剪应力的控制效果最好,峰值最大降低率分别达到了3.38%和43.34%;隧道结构在断层交界面附近水平位移达到最大,随后向两侧较远位置变形不断减小至平稳;可见隧道结构沿纵向所受的最大剪应力值集中在错动影响区内,且在此范围内变化相较此范围外更加剧烈,错动影响区是抗断层错动设防重点关注对象。研究结果可为隧道抗错断设计提供参考。     

逆断层粘滑错动对公路隧道影响的试验研究

结合大量地震断层的案例,针对逆断层倾角为75°,60°,45°三种工况通过模型试验研究不同倾角逆断层粘滑错动下隧道应变分布规律和整个破坏过程.试验结果表明:断层倾角越小,上盘范围内隧道顶部的纵向拉应变越大,并且拉应变进入过载状态时的错动位移值越小.当断层倾角为75°时,隧道的主要破坏形式为直接剪切破坏;当断层倾角为45°时,隧道的破坏形式以弯曲拉破坏为主;45°倾角工况下隧道的破坏范围为上盘距离断层面2.0 D(D为隧道洞径)至下盘距离断层面0.2 D,75°倾角工况下隧道的破坏范围为上盘距离断层面0.8 D至下盘距离断层面0.4 D.     

富水软弱围岩隧道穿越断层破碎带的稳定性分析及施工技术

研究了富水软弱围岩隧道穿越断层破碎带围岩稳定性影响问题及施工技术.以国家一带一路重点项目云南临沧临翔至清水河高速公路马家寨隧道工程为依托,通过有限元软件MIDAS GTS NX分别建立不同断层破碎带夹角、倾角的隧道三维有限元模型,对隧道围岩稳定性进行分析,并提出相应处治措施.研究结果表明:拱顶沉降、仰拱隆起及周边收敛均呈现出先增大后减小的现象,说明距离断层越远,对围岩稳定性影响越小;围岩变形的突变范围均随着断层倾角、夹角增大而减小;不同断层倾角、夹角工况下围岩应力均为压应力;断层处围岩应力明显小于周围围岩,围岩应力分布状态发生改变;断层破碎带对富水软弱围岩隧道围岩稳定性影响较大,应加强地质预报并采用全断面超前帷幕注浆堵水方案.     

明挖卸荷引起桩侧摩阻力作用下的地铁隧道竖向变形计算

为研究基坑明挖卸荷时复合地基中桩侧摩阻力对下卧地铁隧道竖向变形的影响,基于Mindlin应力解,推导得到复合地基中桩的侧摩阻力作用下地铁隧道的总竖向附加应力,利用双面弹性地基梁模型和两阶段分析方法,计算得到地铁隧道总竖向位移,并与前人理论计算结果、实测数据对比验证。最后,分析桩形状、桩截面面积、以及不同区域桩长度、间距的改变对桩侧摩阻力引起地铁隧道竖向位移的影响。结果表明:无论桩参数如何改变,复合地基中桩侧摩阻力对隧道竖向位移的影响范围始终不变,约为1. 1倍基坑纵向长度;材料用量相同的方桩与圆桩相比,方桩可更有效地控制下卧地铁隧道竖向变形;适当地增大隧道斜上方的桩长度,可使其更有效地控制地铁隧道竖向变形;隧道正上方的桩间距存在一个合理的取值范围;适当减少桩纵向间距比减少桩横向间距可更有效地控制下卧地铁隧道竖向变形。     

富水软弱破碎带大断面隧道施工渗流影响及控制效果分析

依托某大断面隧道工程为背景,通过数值模拟并结合现场实测方法研究了隧道不同埋深条件下拱顶沉降、水平收敛、整体围岩应力和塑性区分布规律,并在此基础上,又对隧道在富水条件下的孔隙水压力进行了探讨。结果表明:拱顶沉降、水平收敛位移与水位高度呈正相关,埋深对水平位移影响较小,但影响范围增大;且随着隧道埋深的增加,拱顶沉降和水平收敛位移将在与破碎带间隔10m左右开始呈“瀑布式”增长;围岩应力随埋深和水位高度呈线性增长,其最大值集中在在拱腰处,最大达到1.34MPa,增长速率受水位高度影响更大;塑性区主要分布在隧道两侧,但随着埋深增加,拱顶也出现少量塑性区,这对拱顶的稳定是十分有利的;隧道周围孔隙水压力与埋深和地下水位高度呈正相关。该项研究可为提升大断面隧道穿越断层破碎带施工提供有益的借鉴和参考。     

逆断层错动作用下地铁隧道结构损伤分析

以乌鲁木齐地铁隧道穿越西山活动逆断层工程为例,建立三维弹塑性有限元模型.首先模拟分析了逆断层错动作用下隧道二次衬砌塑性应变发展过程,拉压损伤因子、剪切应变的横向及纵向分布规律,计算了混凝土的裂缝宽度;其次研究了不同错动位移、隧道底部距围岩交界面不同垂直距离及不同破碎带宽度的结构损伤规律,最后进行了设置柔性接头的减灾效果研究.结果表明:二次衬砌结构破坏首先出现在拱顶;然后是拱底,最后在拱腰处累积.破裂面附近拱腰处发生拉压剪的共同破坏;远离破裂面上盘拱顶,破碎带拱底处发生受拉破坏;远离破裂面上盘拱底,破碎带拱顶处发生受压破坏.基于混凝土裂缝得到隧道拉裂破坏的严重与轻微受损区分别为10 m和30 m.错动位移越大,结构受损越严重;隧道底部距围岩交界面垂直距离越大,土层越厚,耗散能量越多,结构受损越轻;破碎带宽度越大,隧道破坏越严重,当破碎带宽度达到26 m时,破碎带宽度对隧道的影响基本保持稳定.设置柔性接头可以显著降低结构的损伤,基本满足在设防错动位移下的设计要求.     

缙云公路隧道围岩位移分析

以缙云公路隧道为例,通过对缙云公路隧道现场实测的围岩位移资料分析,综合考虑公路隧道所处地质环境及施工工艺水平等因素,讨论了公路隧道施工中围岩位移和区域性地质构造、围岩类别、应力水平之间的关系,分析了水平收 拱顶沉降及不同方向的测线位移与围岩稳定基准之间的关系,提出了位移敏感率的概念,以便合理规范地评判公路隧道围岩位移的稳定性,得出了沿隧道纵向的围岩位移分布与其区域性质构造和水平应力相适应的结论,其结果对于复杂地质环境中公路隧道的设计、施工和研究工作具有借鉴意义。     

基于复变函数理论和D-P屈服准则的并行隧道合理间距

综合利用复变函数理论、解析延拓法和Schwarz交替法揭示相邻水平并行隧道的应力分布特征. 在此基础上,结合考虑了中间主应力效应的D-P屈服准则建立相邻水平并行隧道力学模型. 提出并行隧道塑性区贯穿半径的概念,建立求解方程,并通过数值模拟证明其正确性. 采用隧道间塑性区临界贯穿状态下的间距作为隧道合理间距,与数值模拟软件FLAC3D计算得到的围岩位移量和沉降量随间距变化至基本不发生变化时所对应的隧道间距有较高的吻合性,从而表明其作为相邻水平并行隧道合理间距的可行性.     

基于断层影响双护盾TBM隧道稳定性分析及加固措施研究

以深圳地铁双护盾TBM工法隧道工程为依托,基于MIDAS/GTS NX有限元软件,采用摩尔库伦弹塑性模型,根据刚度折减法建立三维数值模型,分析断层不良地质对隧道稳定性的影响,并与隧道净空收敛现场监测结果进行对比分析,研究验证了数值模型和计算参数的正确性,得到了断层对隧道结构竖向位移影响范围为断层前后1.15D,最大位移值为2.878 mm.对隧道结构水平位移影响主要在断层区域,最大收敛值为5.611 mm.管片应力主要为压应力,最大主应力顺序为拱底边墙拱顶,最小主应力顺序为拱顶边墙拱底.并根据研究结果针对断层不良地质提出几点加固施工措施,确保双护盾TBM顺利施工.     

302矿床围岩蚀变与铀矿化的关系

储广山花岗岩体受郯庐断裂系遂川——热水走滑断裂带控制,区内塘湾断裂及一系列北西向断裂带发育,构成有利的成矿构造结,其中发现多个大型、超大型的铀矿田和铀矿床,其铀矿化受多因素控制,以构造、围岩和岩浆-热液活动为主,在时间上、空间上具有独特的展布规律,通过对该矿床的岩石、构造、矿体和围岩蚀变特征的分析,探讨了围岩蚀变与铀矿成矿的关系,为同类地区的找矿提供了依据.     

高邮凹陷南断阶东部阜宁期构造应力场及其对断层的控制作用

在断层级别划分的基础上分析断层的走向变化、组合规律及活动特征,建立地质模型,并确定SE152°~NW 332°为区域应力的加载方向,结合岩石力学试验确定岩石力学参数及加载应力值,采用有限单元法对工区阜宁沉积期构造应力场进行数值模拟,详细分析构造应力对断层的控制作用。结果表明:南断阶东部阜宁沉积期最小主应力均表现为张应力,沿真①断层在许庄地区和竹墩地区的向北凸出位置出现两个最小主应力高值区,断层发育密集;剪应力呈条带状右旋、左旋区域相间展布,右旋最大剪应力和最小主应力控制产生北北东向正断层,左旋最大剪应力和最小主应力控制产生近东西向正断层。     

复功率注入空间中电力系统的实用动态安全域

为研究复功率注入空间中实用动态安全域的边界性质，针对多个典型电力系统，通过大量的仿真研究表明。在网络中不同位置发生持续不同时间的短路事故时，复功率注入空间中暂态稳定的临界点的集合可以使用一个或极少数几个超平面采近似描述．在包含暂态电压失稳现象的稳定问题研究中，复功率空间中的实用动态安全域具有更好的精度．文中详细讨论了这些近似描述与真实边界之间的差异并发现了实用动态安全域边界的迁移规律，上述研究大大拓宽了实用动态安全域适用的范围．最后通过对某电力大系统实用动态安全域的研究，验证了上述结论。     

基于广义阶梯函数解矩形域的纵向剪切问题

根据弹性力学的基本原理 ,建立了矩形域在边界上受纵向剪切载荷的牛曼 (New mann)问题 ;应用广义阶梯函数来表示载荷 ,然后再将其展开成傅立叶级数形式 ,推导出纵向剪切问题的位移计算公式 .结合载荷的可能分布形式 ,给出了几种情况下位移及剪应力的表达式 .此解答在工程中有一定的理论及实际意义 .     

隧道穿越高烈度地震区断层带围岩地震响应分析

考虑地震荷载特征及隧道特点,运用多点同时激振的动力时程分析方法,采用结构面单元与实体单元组合模拟断层带的方法,研究了某穿越断层破碎带铁路隧道在未支护条件下的动力响应特性。分析了沿隧道横向、纵向和竖向激振地震动工况下与断层破碎带接触部位所产生的位移差、加速度放大倍率和屈服单元等。结果表明：结构面单元与实体单元组合合理模拟了断层破碎带的地震响应特性;地震运动引起断层破碎带接触部位产生明显的位移差,横向输入地震动时位移差值最大,达到51.8 mm,而沿纵向和竖向输入时,位移差值仅为横向输入的44.3%和23.1%;同一高程处断裂带的加速度放大倍率明显大于混合花岗岩;断裂带与混合花岗岩过渡段出现明显的剪切屈服区域,且横向、竖向输入地震动时尤其突出;断层破碎带对隧道在地震动作用下的响应规律影响显著,穿越断裂带隧道的断裂带部位与过渡段为抗震设计控制性区域,应深入加强抗震措施研究。     

竖向排列地下硐室群动力稳定性的数值模拟分析

以竖向排列地下硐室群为研究对象，将爆破地震波简化为谐波形式，运用三维有限差分程序FLAC^10研究不同速度、不同动荷载频率以及不同硐室间距条件下硐室群隔板位移和围岩塑性区面积的变化规律，以及上方硐室跨度变化对隔板位移和下方硐室稳定性的影响，通过工程实例分析爆破震动作用下地下硐室群的稳定性。研究结果表明：动荷栽速度对地下硐室群稳定性的影响最明显，隔板位移和围岩塑性区面积随爆破地震波速度增大而增大；随着爆破地震波频率的增大，隔板位移先增大后减小；随着硐室间距的增加，隔板位移减小，有利于地下硐室群的稳定；随着上方硐室跨度增加，隔板位移增大；地下硐室群围岩中出现多处应力集中，但最大拉应力小于岩体的抗拉强度，不会出现拉裂破坏；分析结果与实际观测结果相吻合。     

飞机纵向姿态传感器故障鲁棒容错控制

通过研究飞机纵向受力,建立了飞机在高空定速巡航过程的纵向运动模型.针对飞行过程中可能出现的传感器故障和系统参数摄动,考虑跟踪控制问题,利于跟踪误差对系统模型进行增广,在构建状态观测器的基础上,设计了飞机纵向姿态传感器故障鲁棒容错控制器.仿真结果表明,当传感器发生故障时,飞机系统能够迅速稳定,具有满意的稳态和动态性能以及良好的鲁棒性.     

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。     

超深层走滑断裂带应力场模拟及其开发意义: 以顺北5号断裂带南段为例

为了分析顺北5号断裂带南段应力场平面分布及其开发意义,选取一间房组为研究对象,在岩石力学实验基础上,通过ANSYS软件进行应力场数值模拟,结合地应力驱油理论,对应力场进行了平面分布预测。结果表明：顺北地区一间房组地应力受断裂带控制,最大水平主应力方向为北东-南西向为主,断裂带周围地应力方向变化快,断裂带内最大主应力方向趋向于与断层走向向平行。地应力分布与流体势分布具有一致性,断裂带对应低流体势分布区,为油气有利聚集带。结合一间房组储层发育类型,井轨优化方位根据储层的差异而变化,天然裂缝性储层、基质低渗透性薄储层油气藏水平井的钻井方位应平行于最小主应力方位,基质低渗透性厚储层水平井的钻井方位应与最大主应力方向平行。