基于声波信息预测岩体力学参数的研究

基于Hoek-Brown强度准则中运用地质强度指标GSI求取岩体力学参数的方法。通过改进构建起钻孔声波测试所得岩体纵波波速vmp,岩石单轴饱和抗压强度σc与GSI值之间的函数关系,并应用于Hoek-Brown强度准则预测了沙坨水电站大坝坝基岩体力学参数,结果显示预测值与实验测试值之间基本吻合。该方法为资料不足情况下探知岩体力学参数提供了一种参考方式。     

软岩隧道全断面开挖变形研究

为了研究软岩隧道在全断面开挖方式下的变形规律,本文对实际软岩隧道的全断面开挖方式下的拱顶变形进行研究,通过现场隧道监控测量的实测数据,并在室内对所得数据进行数值模拟分析。根据现场监控量测实测可知,软岩隧道的拱顶竖向变形稳定大约需要监测断面距离掌子面2~3倍洞径以上,根据数值模拟结果可以发现,当掌子面超前监测断面3洞径以上时,监测断面的变形趋于稳定。且现场实际监测的拱顶下沉数据与数值模拟结果接近。又得出初支变形规律可以一定程度上代表围岩的变形,因此在隧道监测实际实施中,可以通过方便快捷的初支变形监测代替围岩变形监测。     

基于Hoek-Brown强度准则的隧道围岩参数智能反分析

岩体力学参数的合理确定是隧道工程中一项基础性工作,也是隧道施工过程中存在的一个重要问题,直接关系到分析结果的正确性和可靠性,反分析作为一种可以较好地确定岩体力学参数的方法,在岩土工程领域得到广泛应用.本文基于Hoek-Brown强度准则,首先利用敏感性分析理论对Hoek-Brown准则中4个参数进行了敏感性分析,然后编制遗传-粒子群反分析程序进行隧道围岩物性参数的反分析.基于反演分析得到的围岩力学参数,对下一步施工产生的影响进行预测,取得了良好效果,验证了所提方法准确、可靠,具有一定的适用性.     

基于Hoek-Brown强度参数的地铁隧道下穿既有管廊塌落上限分析

针对地铁隧道下穿既有管廊易引起沉降破坏等问题,在上限定理理论框架下,考虑上部管廊结构荷载、支护力等因素协同影响,构建隧道上方地层塌落破坏机制.基于地质强度指标GSI法的Hoek-Brown强度准则及相关联流动法则,推导出塌落滑动面的解析解,同时给出隧道顶板与管廊底板之间临界距离计算公式.将理论结果与数值计算解进行对比,验证了理论推导的正确性.讨论了不同参数对塌落破坏范围的影响规律及各因素影响敏感程度,并给出相应的工程建议措施.研究结果可为此类工况下隧道的设计和施工提供一定的理论指导.     

软岩隧道挤压变形的概率模型

软岩隧道的挤压变形是深部高地应力区岩石地下工程中的主要地质灾害之一,对其发生的可能性及其分级的预测是工程建设中必须解决的重大问题。基于概率分析理论,通过研究挤压性围岩大变形破坏机理,建立了软岩隧道挤压变形发生的概率及挤压程度分级模型。影响挤压变形的两个主要因素是岩体单轴抗压强度σcm和初始垂直地应力P0,将强度应力比σcm／p0作为判别因子建立挤压变形概率模型。利用该模型对国内鸟鞘岭隧道工程挤压变形情况进行分析,结果与实际情况符合较好,说明该模型在研究隧道挤压变形发生的可能性及挤压程度分级中具有良好的实用性和有效性。     

基于RBF神经网络算法的连拱隧道围岩变形预测方法研究

利用径向基函数前馈式神经网络的特性，构建了连拱隧洞围岩变形的预测模型，并利用Matlab工具对模型进行求解。最后的工程实例对文章的方法进行了检验，其结果表明，此方法具有求解速度快，结果更为优化、预测效果更好等优点。     

层状软岩隧道非对称大变形控制解耦方法

层状软岩各向异性特征导致的衬砌结构非对称大变形是隧道建设过程中常见的问题。针对该问题,本文建立了能考虑锚杆拉伸断裂及钢支撑压弯破坏的数值计算模型,并以汶马高速鹧鸪山隧道为对象,对层状软岩隧道大变形控制的解耦技术进行了研究,结果表明：(1)考虑锚杆及钢拱架断裂的数值模型可以较好地反映初期支护在围岩大变形作用下的断裂失效,能更加准确表征支护结构的实际力学行为。(2)对于隧道大变形而言,若仅强化支护结构或减小台阶开挖长度,可以减小围岩的位移,但多数情况下,支护结构依然会产生断裂破坏。(3)对于挤压因子较大的不明显挤压工况,采用常规支护+双台阶(短台阶)施工方法可以较好地控制围岩大变形;对于挤压因子较大的轻微挤压或挤压因子较小的不明显挤压工况,采用常规支护+三台阶可以较好地控制围岩大变形;对于挤压因子较小的轻微挤压工况,采用非对称锚杆支护+三台阶可以较好地控制围岩大变形。     

隧道围岩变形量预测的灰色模型应用比较研究

隧道施工过程中的围岩变形监测是掌握围岩的动态信息、确保施工期间隧道稳定性的重要手段.围岩位移预测则是支护形式、支扩参数设计恰当与否和了解运营以后隧道长期稳定性的关键所在.传统预测方法有基于岩体力学理论的计算方法、基于实测值的拟合方法等,本文通过以实际工程原始数据列作为参考数列,建立围岩预测量测数据的灰色预测预测模型以及3种GM(1,1)改进模型,并通过比较结果及关联度分析发现,一般的GM(1,1)灰色预测模型适用于围岩变形量的短期预测,更新递增模型和新陈代谢模型在作较长期预测时,预测精度更高.     

软岩大变形偏压公路隧道变形与荷载作用特征

为解软岩大变形偏压公路隧道变形与荷载作用特征,以宜巴高速公路卧佛山隧道实体工程为依托,选取2个典型断面开展现场测试工作,对初期支护变形与受荷特征进行研究。研究结果表明:围岩非对称大变形隧道围岩前期变形速度快,稳定持续时间长,水平收敛值大;围岩压力前期增加速率快,变化持续时间长,水平围岩压力大、最大值出现在围岩较差一侧拱肩处;钢拱架在围岩较好一侧拱肩处出现压应力集中,在围岩较差一侧拱肩处出现拉应力集中,钢拱架扭曲变形严重;喷射混凝土在围岩较差一侧承受较大的拉应力,且超过混凝土的抗拉强度,大面积开裂剥落,围岩较好一侧压应力较大,但其值未超过C20喷射混凝土抗压强度;围岩非对称大变形隧道设计时应加大围岩较差一侧超前支护强度,加大预留变形量,加强初期支护,施工时宜采用预留核心土的三台阶开挖方法。     

考虑劣化效应与支护时机的深埋软岩隧道变形分析

深埋软岩隧道的围岩变形与其自身参数劣化、流变特性及支护结构施作时机等密切相关.借助建立的深埋软岩圆形隧道复合式衬砌力学模型,在考虑塑性区围岩强度参数(黏聚力、内摩擦角)和刚度参数(弹性模量)的劣化效应后,基于统一强度准则得到了复合式衬砌支护结构各个支护阶段的围岩黏弹塑性解析式.研究结果表明：适当考虑中间主应力及围岩强度参数、刚度参数的劣化效应后,得到的变形量与深埋软岩隧道围岩的实际变形量吻合效果更好;残余黏聚力、残余内摩擦角、残余弹性模量对围岩瞬时变形、后期蠕变变形、二次衬砌支护抗力影响均较大,而且取值越小时围岩变形量与所需二次衬砌支护抗力越大;增加锚杆长度、缩小锚杆间距、增大初支厚度能有效控制围岩瞬时变形和后期蠕变变形;二次衬砌的施作时机对围岩后期蠕变变形影响较大,围岩瞬时变形结束后尽快施作二次衬砌可以有效控制围岩后期蠕变变形.     

近煤层软岩巷道围岩变形治理技术研究

青东矿井地质条件复杂,断层多,开拓巷道避开突出煤层绕行时,巷道围岩条件较差,给矿井安全带来威胁。本文详细阐述了西翼轨道大巷近煤层软岩巷道支护治理方案及支护参数,在很大程度上减少了巷道变形量,满足了通风、行人、运输安全,降低了维护费用,节约了成本,节省了矿井投产时间,为今后类似条件下的巷道支护提供了宝贵的经验。     

软岩公路隧道紧急停车带变截面段变形特征及加固方法

软岩公路隧道紧急停车带变截面段变形较正常段往往较为显著,易发生变形侵限,是软岩公路隧道施工的难点。以渭源至武都高速公路木寨岭隧道为依托,总结了隧道紧急停车带变截面段的变形特征,分析了其变形破坏原因;在此基础上,提出采用小孔径预应力锚索对变截面段围岩进行加固,利用FLAC3D有限差分软件对变截面段的开挖施工过程进行模拟,对比了不同小孔径预应力锚索加固方案的变形控制效果,并对选定方案进行了现场试验验证。研究结果表明：隧道由紧急停车道向正常段施工时,正常段距离紧急停车带端头约15m范围内一侧的围岩变形明显大于另一侧,位移最大值出现在上台阶拱脚,且出现了喷射混凝土开裂、钢架扭曲和局部变形侵限现象;紧急停车带变截面一侧围岩受到了爆破施工的多次扰动,同时紧急停车带端头所受支护的约束作用较弱,加上地下水对围岩的软化作用,是变截面一侧围岩产生大变形的主要原因;采用纵向预应力锚索+环向预应力锚索对紧急停车带端头附近围岩进行加固,可以有效提高变截面一侧围岩整体稳定性,减小变截面段围岩非对称变形。研究成果可为类似软岩公路隧道紧急停车带变截面段的变形控制提供重要借鉴。     

考虑土体小应变刚度的地表堆载对隧道影响数值分析

随着城市地下空间的进一步开发,交通隧道、地下车站和地下商铺等建筑(构筑)物不可避免地变得越来越密集,既有隧道周围会频繁存在堆载的情况。采用数值方法分别研究摩尔-库伦(M-C)本构模型及考虑土的小应变特性的硬化本构模型(HSS)情况下基坑开挖地表堆载尺寸、堆载大小及隧道埋深对既有顶管隧道变形的影响规律。计算结果表明:在相同堆载大小及堆载宽度的情况下,HSS本构得到的土体受堆载影响范围明显低于M-C(Moore-Coulomb)本构计算结果。当堆载大小为100 kPa时,M-C本构的侧边和深度影响范围达到了75 m,而HSS本构下侧边及深度影响范围仅有35、30 m左右;当堆载宽度为25 m时,M-C本构的侧边和深度影响范围达到了75 m,而HSS本构下深度影响范围不超过35 m,侧边则不超过40 m。基于数值计算结果,对实际工况提出严禁在既有隧道的正上方进行堆载的建议。     

裂隙岩体中隧道变形破坏的节理有限元模拟计算

裂隙岩体是地下工程施工中经常遇到的一类岩体,研究其变形和破坏机理是工程安全施工的保证。以天平线关山隧道工程为例,采用基于修正Goodman单元的节理网络有限元法,将裂隙岩体看作由岩块和节理、裂隙组成的二元结构,其中岩块和节理、裂隙分别采用线性Mohr-Coulomb强度准则和非线性Barton-Bandis剪切强度准则。通过有限元软件Phase~2模拟分析了隧道开挖过程中裂隙岩体的变形破坏特点以及不同工况下隧道拱顶的沉降量,并讨论了Barton-Bandis准则中节理粗糙程度(J_(RC))的取值对围岩稳定性的影响。研究方法为裂隙岩体的数值计算提供了新手段,节理粗糙度(J_(RC))的反演结果能为支护设计和加固措施提供参考依据。     

巷道围岩及支护压力预测方法的研究

论述了软岩巷道围岩及支护压力与位移计算和预报的位移反算方法，内外边界元方法，边界罚单元与有限元结合方法以及时间序列分析方法和灰色系统理论方法并结合该５种方法在岩土工程中的应用，探讨了它们的可行性和实用价值，为地下工程软岩巷道的支护和设计提供了重要的参考。     

基于H-B强度理论的桩端岩层安全厚度确定

针对岩溶区桩端岩层安全厚度确定中存在的问题,引入能综合考虑岩体质量及三向应力的影响的Hoek-Brown岩体经验强度准则,确定了岩体抗拉强度计算公式,并采用Lambe变换,建立了较为实用的岩体剪切破坏强度公式.基于桩端岩体破坏模式,确定了桩端岩层安全厚度的计算方法.参数分析表明:RMR值对桩端岩层安全厚度有强烈影响,RMR值越高,安全厚度越小,反之越大.对于一般天然下自稳状态的溶洞顶板,安全厚度取3倍桩径较为合理.最后结合工程实例对本文计算方法进行了验证.     

基于广义Hoek-Brown屈服准则的圆形巷道围岩弹塑性力学分析

考虑不同巷道埋深对支护压力的影响,采用广义Hoek-Brown屈服准则对圆形巷道围岩进行弹塑性力学分析。利用在弹塑交界处应力连续的条件及巷道周边的应力边界条件,得到了塑性区的应力和巷道的支护压力与原岩应力之间的解析式。研究表明:塑性区的应力和巷道的支护压力不仅与本身的力学特性有关,而且还与原岩应力有关;并针对质量较差的软岩,分析了在不同支护压力条件下巷道所能承受的最大原岩应力及其所对应的最大的埋深。分析结果表明:支护压力与原岩应力及其所对应的巷道埋深存在明显的线性关系。     

软岩巷道围岩变形时序预测方法的研究

论述了时间序列分析法并将其引入到软岩巷道围岩变形的预测当中，建立了ARMA（2，1）模型并编制了应用程序，对现场观测数据进行了等时性和平稳性处理，应用逆函数进行了预测分析，得到了令人满意的结果，为软岩巷疲乏支护的设计和维护提供了重要的参考。     

基于全位移理论的引水隧洞围岩变形全过程研究

鉴于当前隧洞监控量测方法无法测得由隧洞提前开挖扰动所产生的位移和未及时安装监测设备所损失的位移,因此隧洞围岩变形不能准确预测,基于全位移理论,提出了隧洞开挖过程中损失位移、超前位移和围岩内部变形全位移的计算方法. 对现场监测数据进行回归分析并采用FLAC3D有限差分软件模拟隧洞开挖.研究结果表明：隧洞开挖全过程中,围岩内部位移变化曲线呈S形特征,即分为初始增长、快速增长和稳定收敛3个阶段;掌子面空间约束效应的影响范围大致在前后4倍隧洞直径内;数值模拟中超前位移与全位移比值即围岩超前位移比,计算结果为0.3~0.4,与工程现场围岩实际变形规律相符. 因此,所求得的围岩内部变形全位移更符合现场实际情况,可为后续隧洞开挖过程中围岩内部变形全位移的计算,以及预留变形量的设置提供理论依据.     

灰色系统理论在隧道围岩变形预测中的应用

根据某隧道围岩变形的实际监测数据,应用灰色系统理论并建立GM（1,1）模型对围岩变形进行分阶段不同维度的预测,并在此基础上进一步比较了几种改进的GM（1,1）模型的实际预测效果。计算证明了灰色模型在围岩变形预测中的适用性。