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。     

多溶洞超大断面隧道围岩应力解析

为探究多溶洞超大断面围岩稳定性,利用复变函数与积分变换,基于弹性理论的平衡微分方程和相容方程,推导出多溶洞超大断面隧道洞室任意点围岩应力分量的解析解,并利用有限元软件Midas GTS/NX验证解析解的正确性.结果表明:解析法与数值模拟的结果接近,验证了本文解析法的可行性与准确性;围岩应力受到洞室埋深、洞室尺寸、洞周荷...     

基于支护结构强度和变形综合优化的隧道支护理论与方法

针对新奥法在工程应用中的不足,分析了采用经典地压理论解决隧道工程支护问题的合理性与缺陷,提出了基于支护控制曲线、工程地质情况、监测数据的闭环式目标控制优化支护理论.通过有限元法分析不同应力释放率下支护结构应力与围岩变形的关系,利用支护应力与围岩变形控制条件确定目标控制位移,通过计算后续步段开挖对变形影响的修正控制位移,并结合实际工程的现场位移监测数据,最终确定合理的二次支护施作条件.通过工程实例,验证了该方法的正确性与实用性。     

综放收尾切眼围岩稳定性数值模拟

采用数值模拟方法,对综放开采方法中的创新技术——综放收尾切眼技术中的围岩支护设计和围岩稳定性进行了系统分析,通过对无支护、锚杆一索一网联合支护、锚杆一索一网加钢棚架加强联合支护三种方案的计算分析,优选出了收尾切眼围岩的支护设计方案,为收尾切眼围岩稳定性控制提供了可靠依据,在工程实践中取得了显著的社会和经济效益。     

深井岩巷破坏机理与支护优化研究

岩巷的稳定性评价与支护设计对深井岩巷掘进和维护十分重要。为了开展深埋煤矿岩石巷道围岩稳定性分析和锚网支护参数优化分析,以文家坡煤矿深埋一号辅助运输大巷为工程背景,采用多种监测手段完成了岩巷变形特征的实测分析,然后运用数值模拟的方式从巷道围岩塑性区发展规律和围岩应力变化特性两方面分析了巷道围岩变形破坏机理,最后根据现场监测和模拟结果优化了该巷道的支护方案,并进行了模拟验证。结果表明:随着巷道不断地向前掘进,巷道两帮围岩塑性区厚度先增大直到逐渐稳定,自重引起的水平应力使巷帮向巷道内收敛,顶板产生剪切破坏,两帮产生劈裂破坏; 原支护方案作用下巷道围岩变形量非常小,锚杆(索)支护方案过于保守。将帮部锚杆长度由2.7 m优化到2.3 m后,在其他支护参数保持不变的情况下支护可以满足巷道稳定性的要求。     

考虑中间主应力与渗流作用的巷道稳定理论解

为了探究渗流作用下不同中间主应力对圆形巷道围岩的影响,应用弹塑性力学理论,基于Drucker-Prager屈服准则,推导得出围岩塑性区半径与孔隙水压力之间的关系式;再由极值点失稳理论,确定围岩失稳的判别准则。结合实际工程,分析中间主应力系数对临界水压力的影响,结果表明:中间主应力对临界水压力有较大影响,采用D-P准则时中间主应力系数与临界水压力的关系曲线表现为类抛物线形式。当中间主应力系数取0.8时临界水压力达到最大值10.0 MPa;与基于MC准则的计算结果做对比,发现考虑中间主应力时D-P准则的临界水压力计算结果更能反映岩石多轴力学性能,可应用于较为完整的含水岩层支护设计优化。     

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。     

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。     

材料破坏准则下的屈服接近度分析与应用

对应力空间下的屈服接近度概念进行了重新定义,使其能更广泛地适用于各种材料的强度准则.同时,指出了文献中基于Mohr-Coulomb强度准则屈服接近度函数推导过程中存在的问题,对屈服接近度函数进行了重新推导与修正.在此基础上,对适用于不同材料的多个强度准则,推导了相应的屈服接近度函数,并给出了统一的表达式,以便数值计算程序的编写.最后,结合青岛市地铁3号线工程,在有限元分析的后处理阶段嵌入屈服接近度函数计算自编程序,实现对隧道围岩的可视化安全性评价.     

开挖卸荷洞壁围岩强度变化规律研究

基于非线性Hoek-Brown强度准则,对地下岩体开挖应力重分布后岩体强度的变化规律进行了研究。结果表明,由于应力卸荷洞周一定范围岩体强度发生明显降低,不同部位降低幅值不同,距洞壁位置越远降低越小。岩体表征参数GSI、单轴抗压强度σci降低,卸荷后岩体强度降低,应力扰动系数D降低,岩体强度升高。     

地下有压隧洞蠕变及其稳定性分析

对于地下有压隧洞,根据流变力学的基本理论,分析了在两向等压条件下隧洞围岩流变引起支护衬砌内部及其衬砌本身流变而产生的应力和位移随时间的变化规律,建立了与时间有关的支护衬砌破坏依据,对隧洞支护设计和预计衬砌不同时期的受力和稳定性有一定的参考价值。     

控制性结构面对地下洞室围岩稳定性的影响

控制性结构面的展布和工程特性往往决定了地下洞室的布置和工程结构形式。以糯扎渡的主厂房为原型,通过地质条件和岩土结构特征的分析,采用Flac3D数值模拟方法,研究Ⅰ级结构面对洞室群布置的控制作用和Ⅰ-2类结构面对围岩应力、变形的影响。结果表明:Ⅰ级控制性断层与洞室最近边墙(端墙)的距离小于80 m以后,洞室围岩的应力急剧增加;在距离小于60 m后其变形也急剧增加,对围岩的稳定不利。和洞室轴线小角度相交的缓倾角结构面对围岩应力的影响较大,中等倾角的结构面对围岩的变形影响较大。