堡镇隧道高地应力炭质页岩的变形破坏机制

宜万铁路堡镇隧道围岩变形量大、变形速率快、持续时间长,且在时空效应上具有明显的不对称性和不均匀性.针对隧道施工中出现的炭质页岩大变形、围岩和支护结构扭曲折断和破坏等问题,基于现场监测数据的统计分析和掌子面素描,运用工程地质学和结构力学相关理论,分析高地应力炭质页岩的变形破坏机制,探讨了层状岩层和软弱夹层对隧道围岩稳定性的影响,揭示了高地应力炭质页岩变形破坏的力学机制.研究结果表明:堡镇隧道炭质页岩变形破坏形式主要有沿层理的挤出变形、斜顶形成的梁柱弯折变形、片帮、片(冒)落、相切于开挖轮廓线墙角的泥质夹层引起的底鼓和软弱夹层引起的侧墙整体变形等;变形破坏特征主要有共生性、不均匀和分区性、不对称性、集中性和软弱夹层对大变形的控制性等;变形机制具有多样性、共存性和相互转化等特征.     

节理化炭质页岩地层隧道围岩大变形及控制技术研究

某高速铁路XHS隧道穿越节理化炭质页岩地层,在施工过程中围岩大变形、失稳坍塌现象显著,现场采用强支护和仰拱加深等措施后围岩变形控制效果不佳。针对XHS隧道节理化炭质页岩地层地质条件,结合现场监测手段、离散-连续耦合数值模拟分析围岩大变形及破坏特征,基于数值模拟提出以采取地层预加固为主的围岩变形控制措施,并通过现场试验探讨该控制措施的应用效果。研究结果表明：隧道开挖后,围岩变形具有变形量大、变形速率快的特点,围岩拱部沉降量大于水平收敛量且变形具有非对称的分布特征;受三台阶法多次开挖扰动影响,围岩卸荷范围动态发育并不断向全环扩展,松动区逐渐由浅部围岩向深部转移,并呈现出非对称的破坏特征,最终引发围岩大变形;采取地层预加固后,模型中围岩变形和松动区范围明显减小,围岩非对称变形破坏也得到了有效控制;在采用地层预加固、管棚超前支护、三台阶临时仰拱法开挖的控制措施后,围岩变形得到控制,施工效果良好,隧道恢复正常施工,保证了隧道的顺利贯通;以地层预加固为主的控制措施是此类节理化炭质页岩地层围岩变形控制的有效手段。     

炭质页岩高填方路堤稳定性分析

以广西某高速公路为工程背景,对炭质页岩物理力学性能进行了试验研究.炭质页岩强度随压实度的增加而增大,在水浸条件下炭质页岩的强度大大降低.运用有限元强度折减法,采用大型有限元计算软件分析了压实度及降雨对炭质页岩路堤稳定性的影响.结果表明：随着压实度的提高,路堤安全系数随之增加;降雨使路堤安全系数大幅减低,但只要路堤压实度达到93%以上,炭质页岩高填方路堤边坡不会失稳.     

炭质页岩隧道弃渣的浸水特性试验研究

为了充分利用炭质页岩隧道弃渣作为路基填料,需要了解炭质页岩的物理力学性质,以及受浸水影响下炭质页岩的性质变化.通过对炭质页岩的组成成分和物理性质,在浸水条件下的抗压强度、抗剪强度和耐崩解特性试验进行分析.结果表明:炭质页岩由于高岭石和蒙脱石含量高,在遏水条件下软化膨胀,其抗压强度和抗剪强度在浸水时明显减小,耐崩解性较差,其强度和耐久性下降明显,不适于直接作为路基填料使用.     

炭质泥页岩剪切破坏声发射特性及其分形特征

为了探究炭质泥页岩损伤细观机制和破坏前兆特征,通过剪切破坏声发射试验,结合分形理论,采用G-P(Grassberger-Procaccia)算法对振铃计数、能量、振幅进行相空间重构和关联维数计算,分析关联维数在炭质泥页岩破坏全过程的演化规律。结果表明：声发射活动在岩石不同变形阶段活跃程度不同,且在破坏前存在平静期;振铃计数、能量、振幅都具有分形特征,三者的关联维数在破坏全过程呈现出“升维—动态波动—降维”的演化规律;关联维数的降维现象出现在岩样破坏前,可作为炭质泥页岩失稳破坏的前兆特征;综合对比发现,与振幅和振铃计数相比,能量关联维数的降维现象更显著,持续时间更长,更适合作为炭质泥页岩失稳破坏的前兆特征。     

炭质页岩力学特性各向异性及其破坏机制研究

以贵州松桃李家湾锰矿矿体顶板炭质页岩为研究对象,开展页理面与加载方向不同夹角条件下纵波波速、单轴压缩及电镜扫描等试验,并以最大值与最小值的比值定义各参量的各向异性系数.结果表明:①纵波波速随入射方向与页理面夹角α增大而减小,其各向异性系数R_v为1.44;弹性模量随加载方向与页理面夹角β增大而减小,其各向异性系数R_E为1.14;单轴抗压强度σ_(ucs)呈现出两头大中间小的"U"型特征,最小值在β为37°时取得,其各向异性系数R_σ为3.01.②不同β条件下,单轴压缩应力-应变曲线有起始压密和弹性压缩阶段,都具有明显的应变软化特征.③单轴压缩下,炭质页岩在β=0°时主要为拉破坏,页理面抗拉强度和基质体弯折拉断强度协同控制其力学特性;在β=32°时主要为沿页理面剪破坏,页理面抗剪强度控制其力学特性;在β=66°时主要为沿页理面和切断基质体的剪破坏,页理面和基质体的抗剪强度协同控制其力学特性;在β=90°时主要为拉破坏并含有少量沿页理面剪破坏,页理面抗剪强度和基质体抗拉强度协同控制其力学特性.     

叙大铁路隧道节理特征对围岩变形的影响

节理发育是隧道变形的主要影响因素之一。以叙大铁路隧道节理的发育特征情况为背景,采用离散元软件UDEC对隧道围岩节理特征进行了数值模拟,分析了围岩节理组数、倾角、间距以及围岩支护对隧道变形的影响。研究结果表明,隧道变形随节理组数增大而增大,主要点变形区域受节理倾角控制,当隧道节理间距小于1cm时,对隧道围岩变形影响较大。     

炭质页岩软弱夹层路堑边坡稳定性分析

炭质页岩遇水软化易崩解,且强度低,作为夹层其软化特性对边坡稳定性有重要影响。通过室内试验研究了炭质页岩物理力学性质,运用Ansys建模,并将模型导入有限差分软件FLAC 3D,对炭质页岩夹层水软化下的边坡稳定性进行了数值模拟。重点分析了炭质页岩水软化下边坡塑性区分布、边坡最大位移及安全系数变化规律。结果表明:随着炭质页岩剪切面含水量的增大,路堑边坡稳定性随之降低;对于坡比为1∶1的炭质页岩路堑边坡,当炭质页岩剪切面含水量达到10%时,边坡失稳。     

许全平隧道围岩变形预防控制措施

根据以往施工经验,隧道塌方、坍塌等事故往往是由于不够重视预防围岩变形所造成的,为了保证隧道施工安全,在此根据施工经验将预防控制围岩变形的措施加以分析阐述。     

页岩边坡稳定的定性分析

页岩边坡是容易失稳的典型软岩边坡，根据边坡的几何特征、地质构造和变形破坏迹象，定性分析影响页岩边坡稳定的主要因素，判别可能失稳的类型，在为定量分析选择理论和方法，为边坡治理选择方案和措施中，起重要乃至决定性作用。     

基于损伤理论的硬脆性泥页岩井壁稳定分析

硬脆性泥页岩地层的失稳破坏机理是非常规油气开发工作者的重点研究对象之一。从硬脆性泥页岩微裂缝的角度出发,将微裂缝视为硬脆性泥页岩的损伤,通过随机函数确定微裂缝的分布,将损伤力学和断裂力学相结合建立了硬脆性泥页岩的损伤本构模型。利用FLAC3D软件将硬脆性泥页岩的损伤破坏模型应用到井壁稳定分析中,并通过计算结果分析了钻井液、微裂缝形态等在硬脆性泥页岩破坏中占有的比重。计算结果显示,硬脆性泥页岩对钻井液的敏感度以及硬脆性泥页岩微裂缝的发育程度对井壁稳定影响最大,硬脆性泥页岩微裂缝的方向对井壁稳定影响很小。因此,钻井液的封堵性和密度是确保硬脆性泥页岩稳定的重要手段,控制钻井方向对维持硬脆性泥页岩稳定的作用有限。     

岩石巷道的粘弹塑性变形理论分析

本文以中村模型为基础,将粘性变形的概念引入了塑性区,并通过偏微分方程组的求解,首次得到了轴对称圆形巷道粘弹塑性的通解。     

地下圆形隧道围岩稳定性的粘弹性力学分析

根据有关岩石力学试验结果，提出了以对数函数描述岩石蠕变的本构模型．借此对地下圆形隧道围岩稳定性进行了力学分析，探讨了人工支护结构与围岩相互作用的关系，导出了描述其变化规律的特征方程，由此而得出了一些有益的结论．     

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ABAQUS的地下隧洞开挖及围岩稳定性分析

以ANSYS为平台建立了有限元分析模型,采用ABAQUS作为计算和后处理软件,对工程区的地应力场开展了研究,分析了有断层贯穿的隧洞开挖及支护后围岩的稳定性,探究了提高围岩体参数的等效模拟方法的可行性.分析结果表明,断层对隧洞开挖后的围岩应力及位移均有不利的影响,容易出现应力集中现象;锚杆采用等效参数模拟的结果是合理、简捷的;支护系统提高了围岩体的稳定性.     

旁侧基坑开挖对超大直径盾构隧道变形影响分析

密集城市区近接基坑工程易引发超大直径（>15 m）盾构隧道变形、结构开裂及渗漏水.当前超大直径盾构隧道建设处于起步阶段,基坑影响下隧道变形响应规律不明,合理的影响分区匮乏.本文采用有限元软件建立超大直径隧道旁侧基坑开挖的三维有限元模型,分析超大直径隧道的结构变形响应机制,并探讨隧道埋深、隧道-基坑间距、基坑开挖深度等因素影响规律.结果表明,基坑开挖引发地层朝向基坑的“鼓肚子”水平位移和“勺子”状竖向位移;与小直径隧道相比,超大直径盾构隧道表现出较小的纵向变形和较为显著的横向变形;隧道变形随隧道-旁侧基坑围护结构距离增大而减小、随埋深增大先增大后减小、随基坑开挖深度的增大而增大.通过基坑开挖深度归一化后,隧道最大变形与隧道-基坑间距可用指数函数高精度拟合.提出归一化后的影响分区图,为实际工程超大直径隧道结构保护提供重要的参考.     

跨不同倾角软弱层隧道围岩变形规律

山区隧道与地下工程的建设中多会穿越软弱夹层或破碎带等软弱地层。此类软弱地层几何形态变化大,力学性能差,隧道开挖后的收敛变形往往难以控制,这也成为山岭隧道施工以及结构设计的难点所在。本文着眼于软弱地层倾角对隧道围岩开挖变形的影响规律,利用模型试验,对无支护条件下软弱层围岩的拱顶、拱腰进行研究,监测了软弱层倾角分别为45°、60°、90°、120°、135°时隧道开挖造成的收敛变形;并结合数值模拟方法,进一步对比验证了模型试验的检测规律。结果表明：软弱层倾角对隧道围岩变形的影响十分显著。随着软弱层倾角的增加,隧道拱顶、拱腰以及仰拱的围岩位移先减小后增大。不同软弱层倾角下,通过归一化处理发现,拱顶和拱腰位置数值计算和模型试验的围岩位移变化结果呈现出高度的一致性。且根据监测面的塑性区云图,剪切破坏的区域贯通,分布于隧道一周,其面积随着软弱层倾角的增加,先减少后增大。     

隧洞围岩中岩块稳定动力学分析

按时间离散分析了单一岩块的稳定性，即岩块受力松支引起形成岩块的充填物的变形和破裂，使充填物作用在岩块上的力不断改变，设在每一时间步内岩块沿直线路径运动，根据岩块的运动规律和结构面的破裂状态判断是否结束岩块的运动分析，于是判断出岩块的稳定性，该方法分析计算量小，结论合理。