围岩在不同开挖步下载荷释放率研究

隧道开挖过程中存在应力释放问题,所以正确模拟围岩荷载释放率是数值分析的关键.以往研究者模拟围岩释放率采用经验法或者二维模拟分析,而隧道开挖是空间问题.因而对于复杂应力状态条件下的隧道开挖会造成很大的误差.因此,本文根据围岩参数三维数值模拟隧道全断面开挖确定荷载释放率.与部分以往研究结果不同,拱底出现隆起,释放率出现负值.     

围岩流变特性对隧道二衬支护时机的影响

为了研究岩体流变特性情况下隧道二衬的支护时机,首先推导了在考虑围岩流变特性时,衬砌抗力、位移及围岩的位移表达式;然后以广梧高速公路茶林顶隧道岩体为工程背景,探讨了考虑岩体流变情况下,隧道二衬支护时机的确定方法,并对比了围岩拱顶下沉实测值和理论计算值。结果表明：(1) 理论分析所建立的衬砌抗力、位移及围岩的位移表达式中均包含了时间参数,可确定达到不同衬砌抗力、位移及围岩位移所需要的时间;(2) 围岩拱顶下沉实测值和理论计算值表现出相同的发展规律,验证了所建立方法的正确性。     

不同跨度下土质隧道围岩分区规律研究

采用砂土模拟围岩,以实验的方法确定不同跨度的隧洞开挖后围岩的分区规律.采用基于Drucker-Prager(D-P)屈服准则的有限元数值模拟和鲁宾涅特一般圆形隧洞的塑性区半径公式,比较实验与2种计算方法下的塑性区大小.结果表明:在选用土质隧道较不利围岩材料(砂土)条件下,塑性区的厚度约为隧洞跨度的一半,松动区的厚度约为跨度的1/5,洞顶松动区占塑性区的比例最大.实验条件下确定的围岩塑性区厚度最大,基于D-P屈服准则条件下有限元模拟所确定的塑性区次之,鲁宾涅特公式所确定的塑性区最小.     

基于FLAC3D模拟隧道有无支护应力与位移演化特征

为确保隧道断面围岩稳定,保证隧道开挖顺利,基于某隧道工作面为研究背景,通过FLAC3D数值模拟软件,模拟隧道断面围岩开挖后无支护措施,及施加挂网喷浆结合锚杆支护后的围岩塑性区、应力及位移的分布情况,并结合Hoek-Brown准则分析隧道围岩有无支护的破坏条件,分析隧道断面稳定性。结果表明:当隧道开挖,围岩未施加支护,围岩四周位移量较大,岩体应变范围较广,严重影响隧道断面围岩稳定性;当隧道边开挖边支护,围岩施加挂网喷浆结合锚杆支护后,应力及位移得到较大改善,实现了对围岩有效控制,确保隧道断面顺利通过,为相似地质条件隧道围岩支护提供借鉴。     

公路Ⅳ级围岩支护结构对围岩稳定性影响分析

基于对周边公路隧道及公路隧道围岩稳定性及支护技术的相关研究,使用有限元分析软件MIDAS/GTS进行比较和分析隧道围岩的变形状况,研究支护结构对隧道开挖后围岩位移、应力的影响,以达到优化结构,指导施工的目的,为设计、施工技术人员提供一定的参考依据.     

基于现场监测与数值模拟公路山岭隧道IV级围岩段仰拱优化分析

为探究公路隧道设计中,仰拱的优化对于改善隧道的受力和变形条件的影响。以三车道Ⅳ2级围岩段隧道为研究对象,借助FLAC3D有限差分软件,采用Hoek-Brown屈服准则,对替代仰拱的新型支护方案进行了分析,并结合赤承高速公路的典型隧道断面,现场监测了锚杆轴力、初衬压力以及二衬与初衬的接触压力等项目。本文通过对现场监测数据与数值模拟进行分析,提出Ⅳ2级围岩下替代仰拱的条件,底部加基础梁的新型支护体系下隧道整体稳定性满足要求,研究成果可以为其它类似工程提供借鉴与指导。     

高地应力软岩隧道内层的初期支护施作时机

高地应力软岩隧道由于变形持续时间长、变形量大,隧道初期支护多采用双层结构。如果内层初期支护施作过早,支护结构承受形变压力会过大,容易导致支护开裂失效,如果施做太迟则围岩容易失稳。因此,确定内层初期支护合理施作时机十分重要。依托渭武高速公路木寨岭隧道2号斜井工程,采用现场监测和数值模拟相结合的方法对隧道内层初期支护合理施作时机进行研究。结果表明,在2号斜井的围岩条件下,上台阶外层钢架施作7.2~14.4米（6~12榀）间施作内层初期支护最合理。     

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。     

保护层开采过程中围岩应力演化规律研究

分析了冲击煤层上保护层开采过程中围岩应力演化规律,研究表明：在工作面开采前方0～20m范围煤岩体内纵向压力处于增长阶段,应力集中系数达到2.0,在20～60m为纵向压力逐步恢复阶段,应力集中系数达到1.7,应力集中峰值出现在工作面前方5m处左右,工作面开采50m之后,超前支撑压力有规律的呈现两次应力集中和两次应力释放现象;分析了保护层采空区及工作面下覆不同垂直高度处围岩应力随煤层开采进度演化规律,指出采空区纵向应力随采空区深入,呈现逐步增大趋势,在采空区两侧下方被保护层应力值升高幅度要大于其中间区域,保护层工作面的压实作用传递到被保护层工作面在空间上稍微滞后,这个滞后的距离在30～40m之间。     

基于Drucker-Prager屈服准则及加卸载判据的圆形隧道围岩-支护作用机制探讨

隧道围岩-支护相互作用机制是隧道力学中的基础理论,为了准确描述围岩与支护结构对隧道应力变形的影响,假定围岩本构模型为理想弹塑性模型,采用适用于岩土材料的Drucker-Prager屈服准则,考虑加卸载判据,证明了圆形隧道的开挖过程是一个加载过程,支护过程是卸载过程。通过大型有限元仿真软件Abaqus计算了平面应变情况下圆形隧道开挖与支护过程的弹塑性解。数值分析结果与理论公式结果相吻合,表明开挖的过程是解除内压、增大压差的加载过程,支护过程为施加内压、减小压差的卸载过程。支护后的围岩应力增量和位移增量符合弹性规律,且支护过后的应力等于开挖后的应力减去弹性应力。支护过程的卸载效应使得开挖过程产生的塑性区变成了残余变形区。研究结果可为工程应用提供参考。     

高水头作用下深埋长大隧洞围岩稳定的数值模拟研究

在深埋隧洞开挖过程中,不可避免地将会遇到高水压和高应力,以及这两个因素所控制和诱发的问题,因此分析水压作用对围岩稳定性的影响具有重要意义。针对研究高水压对深埋隧洞围岩稳定性的影响,结合锦屏二级水电站引水隧洞的实例采用FLAC3D软件进行数值模拟。通过计算不同水压力条件下的围岩最大变形量,建立围岩最大变形量与水压力之间的关系,求解临界水压力。当岩体强度满足一定条件时,只要水压力小于临界水压力,就可忽略水压对围岩稳定性的影响。结果表明:对于白山组大理岩Ⅱ类围岩可忽略水压作用;而对于白山组大理岩Ⅲ类围岩,高水压对其影响比较大,出现严重变形,需做支护处理。     

大跨软岩隧道开挖围岩稳定性研究

采用ABAQUS软件,建立某大跨软弱围岩隧道的三维模型。结合监控测量数据,研究了隧道开挖扰动区域的时空分布特征。结果表明,拱顶下沉计算值与实测值随时间的变化规律基本一致,均在20d时趋于稳定。隧道开挖卸荷扰动影响范围在掌子面前方约1．2倍洞跨,掌子面后方拱顶沉降最终稳定时距掌子面距离约为1．5倍洞跨。     

隐伏富水溶洞对隧道围岩稳定性影响分析： 以云南云盘山隧道为例

为研究岩溶隧道开挖过程中隐伏充水溶洞引起的围岩稳定性问题,依托云南营盘山隧道工程,以溶洞尺寸、水压以及与隧道间净距三种因素为研究对象,结合新型的三维雷达探测技术,并采用PLAXIS 3D进行数值模拟,分析了隧道各监测点位移、应力场的变化规律和影响效应。研究结果表明：隧道开挖会使应力场发生变化,隧道拱顶、拱腰处的围岩以压应力为主,隧道仰拱下方的围岩以拉应力为主,各部分的应力变化也是导致围岩向隧道内扩张的主要原因;单一变量下,隧道半径为5 m时,位移、应力的变化最大,溶腔内水压增加至500 kN/m2时,位移、应力所受影响最大,溶洞与隧道的净距达到3 m时,位移、应力场变化尤为明显;围岩稳定性对溶洞尺寸、水压以及与隧道间净距的敏感程度存在差异,大小为隧道与溶洞净距＞溶腔水压＞溶洞尺寸,可为相似工程的安全施工提供参考。     

高应力软岩隧道施工的时空效应分析

以湖南某高应力软岩隧道为背景,应用有限元软件ABAQUS对其施工的时空效应进行了分析,并对其影响范围及大小进行了研究,结果表明:高应力软岩隧道围岩稳定很大程度上受到隧道的"空间效应"及"时间效应"的影响,同时指出在施工时应尽早施加初期支护提高围岩自承能力,在围岩变形趋于稳定时施加二次支护坚决抑制软岩的流变所引起的大变形.     

地面荷载下浅埋隧道围岩应力的复变函数解法

采用复变函数解法，研究地面荷载作用下浅埋圆形隧道围岩的平面弹性应力问题。该解法利用复变量将物理平面上的研究域保解映射到像平面上的圆环域内。应力函数的罗伦级数展开的系数可通过边界条件得到用单个常数表达的递推公式，而这个常数可用级数的收敛性来确定。文末给出了围岩应力的解析解形式和算例。     

埋深对巷道围岩稳定性影响研究

根据南山煤矿2号煤的地质力学条件,通过围岩稳定性分类给出锚固参数。应用数值模拟和工程实践等方法,系统研究了埋深对巷道塑性区、应力分布及位移分布的影响规律。研究结果表明,围岩稳定性分析时应该考虑巷道的埋深效应。研究结果有利于了解巷道围岩内部应力与位移的发展规律,为选择巷道锚固方案和优化锚固设计参数提供了依据,可为类似条件矿井的支护提供理论依据与应用性指导。     

层理岩体爆破应力波传播规律研究

本文以层理岩体地层隧道开挖爆破为研究背景,通过理论解析和数值模拟分析层理倾角变化对爆破应力波的传播影响。研究发现：层理对应力波具有一定的吸收和反射作用,加速了爆破应力波在层理岩体中衰减;层理倾角越大应力波的透射率越小,应力波透过层理的衰减度越大;当应力波由硬介质入射到软介质中时透射率小于1,反之透射率则大于1。当层理倾角大于30°时,应力波的反射率随层理倾角的增大而变大;小于30°时,应力波反射率随层理倾角的增大而减小。此外,运用公式求解得到质点振动速度衰减度随层理倾角变化关系。     

顾桥矿深部巷道围岩变形破坏特征及稳定性控制技术

基于顾桥矿深部巷道围岩变形量大、岩移速度快、破裂形态不规则的特点,采用数值模拟和理论分析的方法研究了深部围岩变形破坏的力学机理,得到了围岩塑性区的分布范围和扩展空间,揭示了围岩位移场的变形特征和围岩应力随机产生、连续变化、实时调整及动态发展的演化规律,相应提出了巷道稳定性控制的技术措施,即巷道断面全封闭支护技术、"三锚"组合强化支护技术和锚梁网索耦合让压联合支护技术。通过顾桥矿1114(3)工作面巷道支护的工程实践,有效控制了围岩变形,取得了良好的支护效果。     

圆形巷道围岩弹性变形区应力分布模拟实验研究

通过相似模拟实验,探讨了圆形巷道围岩在弹性变形阶段应力分布规律,得出巷道围岩周边应力函数表达式,分析了侧应力系数对围岩应力分布的影响。