一种基于塑性功和突变理论的边坡临界状态确定方法

基于当前强度折减法的临界状态判据各有优缺点,结合塑性应变能理论和突变理论,提出一种新的反映边坡的临界状态失稳判据。该方法以塑性功作为评价边坡整体稳定性状态的评价指标,以尖点突变模型作为判断边坡失稳与否的理论依据。在具体操作过程中,通过不断调整强度折减系数,记录每个折减系系数下对应的计算模型整体塑性功,建立"整体塑性功-折减系数"曲线,并通过突变理论找出整体塑性功发生突变时对应的折减系数,此时的折减系数即为边坡的安全系数,此折减系数下对应的边坡状态即为临界状态。对单台阶边坡、多台阶边坡进行计算。研究结果表明:基于该方法得到的安全系数与极限平衡法得到的安全系数较接近,尤其与满足力平衡条件和力矩平衡条件的修正简布法所得结果最接近,从而验证了该方法的可靠性。     

基于不同强度折减路径下的隧洞围岩稳定性分析

为解决隧洞围岩稳定性分析问题,开展了基于广义Hoek-Brown屈服准则强度折减法的研究.在有限差分软件FLAC^3D中利用FISH语言编制强度折减程序,并以计算收敛性和特征点位移突变性为判据,求得整体安全系数.针对广义Hoek-Brown屈服准则四个基本输入参数σ_ci、m_i、GSI和D,引入等效接近度概念,以此为基础对比分析了七种强度折减路径的合理性,得出折减路径的合理性依赖于具体工程参数的结论,并通过工程实例对比验证了上述结论.隧洞稳定性随D值的增大而降低;将计算收敛性以及特征点位移突变性相结合作为其稳定性的判断标准更为合理.     

巷道前伏承压溶洞突水灾变流固耦合分析

基于承压溶洞突水灾变的流固耦合理论和防突岩柱的强度折减法思想,构建巷道前伏溶洞突水的流固耦合-强度折减法联动分析方法,探讨防突岩柱的流固耦合效应和安全储备,引入防突岩柱安全系数的概念,通过不断折减防突岩柱强度参数并进行流固耦合分析,直至计算不收敛,此时的折减系数即为防突岩柱安全系数。以七一煤矿石坝井前伏承压溶洞突水事故为例,研究防突岩柱安全系数与溶洞内压、岩柱厚度的关系。研究结果表明:在采动应力和高渗透体积力作用下防突岩柱的失稳是岩柱塑性区非线性扩展而触发岩柱突变失稳的过程,伴随岩柱力学失稳,防突岩柱发生突水。将安全系数为1.5的岩柱厚度作为防突岩柱的计算安全厚度。七一煤矿的溶洞突水原因在于防突岩柱留设过小,不具有安全储备,导致承压溶洞水体突破岩柱涌出。岩体的流固耦合-强度折减法联动分析为研究工程岩体突水稳定性评价提供了新研究途径。     

基于矢量和法安全系数的边坡稳定性分析

针对极限平衡法和有限元强度折减法在计算边坡安全系数中存在的问题,结合某工程实际采用矢量和法安全系数对边坡稳定性进行分析,并将其计算结果与传统分析法计算结果进行比较。结果表明,采用边坡矢量和法得到的计算结果与极限平衡法和有限元强度折减法之间的计算结果最大相对误差为9.7%,误差范围为4.2%～9.7%,而与有限元强度折减法计算结果的相对误差仅为5.9%。由此表明采用矢量和法安全系数用于求解边坡的稳定性是可行的。     

基于尖点位移突变模型的井壁稳定性分析

引入基于广义Hoek-Brown准则的有限元强度折减法,考虑井壁不同位置的水平方向位移与强度折减系数的非唯一相关性,以及井壁失稳破坏时岩体变形的瞬时突变性,建立了井壁最大水平方向位移与强度折减系数的井壁稳定性尖点位移突变模型。利用上述模型研究了井眼直径与井筒压力对井壁稳定性影响规律,结果表明,随着井眼直径的增加,井壁稳定性安全系数降低速度越快;随着井筒压力的增大,井壁稳定性安全系数增加速度越快。     

考虑尖点突变理论的边坡安全稳定性综合评价

边坡稳定性受多种因素影响而且目前的分析方法仍存在不足,为了更加高效准确地判断边坡的稳定性,实现失稳判据的量化,基于尖点突变理论-强度折减法,运用FLAC3D数值模拟软件,以某工程边坡计算边坡逐步强度折减系数下位移变化情况,建立强度折减系数-位移的突变数学模型,分析在天然工况及地震工况下边坡的稳定性情况,并与强度折减法、极限平衡法进行对比分析。研究结果表明：基于尖点突变理论得出的安全系数与强度折减法、极限平衡法所得安全系数基本一致,验证了此类方法的可行性,为边坡稳定性分析提供了新判据。     

基于强度折减法的地下采场稳定性分析

以玲珑金矿东风矿区的阶段矿房法试验矿房采切为工程实例,采用强度折减法和具有拉剪破坏分析功能的FLAC程序,对矿房的稳定性进行分析.通过不断折减岩体材料的力学强度参数,使围岩塑性区接续扩展,直至采场发生破坏,此时的折减系数即为安全系数.计算结果表明,采场被切割后结构复杂,单纯根据塑性区范围大小或等效塑性应变贯通作为采场整...     

节理岩体数值模拟及力学参数确定

采用FLAC3D程序和离散裂隙网络技术构建的遍布节理岩体模型能同时考虑节理岩体中节理和岩体的作用,具有概念清晰、建模快捷、计算效率高等特点. 首先对现场结构面测绘数据进行统计分析,获得其概率分布特征参数,在此基础上分两尺度考虑节理并确定其离散裂隙网络模型;其次基于离散裂隙网络模型构建相应的节理岩体模型,研究其强度特征并获取工程岩体单轴抗压强度;结合Hoek-Brown、Mohr-Coulomb准则及最大围压拟合综合确定节理岩体力学参数;最后将拟合所得参数用于边坡稳定性分析,分别运用强度折减法和极限平衡法计算两种模型的安全系数,对比发现计算结果基本一致,表明所提出的研究思路用于确定节理岩体参数是可行的.     

采用边坡稳定性强度折减法分析弹性应变能突变判据

为分析采用强度折减法确定边坡安全系数过程中边坡弹性应变能随折减系数变化与边坡失稳破坏的内在联系,建立数值模型,记录边坡弹性应变能与折减系数关系曲线;通过对某边坡的分析,绘制弹性应变能与折减系数关系曲线.研究结果表明:采用强度折减法,当边坡处于稳定状态时,折减系数增大引起边坡变形增大,导致边坡体弹性应变能随之增大;但是,边坡岩土体能够承受的弹性应变能是有极限的,当折减系数增大到某一值时,边坡体的弹性应变能达到极限,再增大折减系数将导致边坡失稳破坏;边坡体弹性应变能与折减系数服从指数关系;利用弹性应变能与折减系数关系曲线得到的边坡安全系数与采用其他经典的方法所得边坡安全系数基本一致,弹性应变能随折减系数变化而变化的规律可以作为边坡稳定性强度折减法分析的失稳判据.     

基于强度折减和上限有限元的椭圆形毛洞隧道围岩稳定性分析

将强度折减法引入刚体平动运动单元上限有限元并编制计算程序,针对椭圆形毛洞隧道围岩稳定性和破坏模式开展计算分析,获得了围岩抗剪强度参数、隧道埋深、跨度等与安全系数的关系曲线,并探讨了围岩强度折减极限状态对应的刚性块体破坏模式的形态特征.结果表明:强度折减法可方便嵌入运动单元上限有限元非线性规划模型;围岩安全系数与其围岩强度参数正相关,与埋深比和跨度比负相关;隧道跨度对安全系数的影响较为明显,当隧道跨度与高度比(B/D)由0.5增加到2.0时,安全系数降低幅度处于27%~46%之间;强度折减极限状态下刚体平动运动单元上限有限元所得围岩破坏模式形态鲜明,其主要滑动破坏面由隧道底部或边墙处延伸至地表,错动的滑移线集中于隧道拱部和边墙上方,而水平破坏区域延伸范围均小于1.5倍隧道高度.     

喷锚初期支护——围岩稳定性强度折减有限元分析(英文)

岩石隧道施工阶段具喷锚初期支护的围岩稳定性评价对隧道施工安全是非常重要的。根据一施工中的岩石隧道Ⅳ级围岩地段地质条件为基础,选用ABAQUS程序双曲线型D-P材料模型为岩土体破坏准则,建立了考虑喷射混凝土与岩体之间,锚杆与岩体之间相互作用的3-D有限元计算模型,以此模型利用强度折减技术研究了具锚喷初期支护的围岩稳定性安全系数。分析表明采用所提出的极限状态确定具喷锚支护的围岩稳定性安全系数是合理的。     

用加速度方法分析隧洞的稳定性

为了能够用统一的模式和评价标准计算地下隧洞的稳定性,将加速度计算的概念引入地下隧洞的稳定分析中,提出基于加速度计算的隧洞稳定分析方法。算例的计算结果与点安全系数有着相同的趋势,却又比点安全系数更适合反映隧洞围岩的整体稳定状态。通过绘制加速度和加速度系数等值线,可以清楚地了解隧洞围岩各部位的稳定情况及其空间分布特征。这种方法概念明确、思路简单、便于操作,而且与边坡稳定分析方法有相同的计算模式,从而解决了难以用常规方法处理的隧洞稳定性评价问题。     

衬砌背后矩形空洞对隧道初支应力分析

在新奥法隧道施工过程中,岩石隧道光面爆破效果不够理想,衬砌背后存在空洞的现象愈加普遍。结合工程实例,采用数值模拟手段进行三维弹塑性分析,探讨在隧道衬砌背后存在矩形空洞时,不同尺寸条件下初支的应力分布变化情况。通过引入有限元强度折减法计算存在空洞时隧道结构的整体安全系数并与健康隧道的安全系数进行对比,对初期支护的拉应力、压应力与相应的安全系数进行线性回归,综合评价隧道结构的稳定性。     

Research on the stability analysis and design of soil tunnel surrounding rock

The paper first analyzes the failure mechanism and mode of tunnel according to model experiments and mechanical calculation, then discusses the deficiency of taking the limit value of displacement around the tunnel and the size of the plastic zone of surrounding rock as the criterion of stability. So the writers put forward to regard the safety factor of surrounding rock calculated through strength reduction FEM as the criterion of stability, which has strict mechanical basis and unified standard and would not be influenced by other factors. The paper also studies the safety factors of tunnel surrounding rock (safety factors of shear and tension failure) and lining and some methods of designing and calculating tunnels. At last, the writers take the loess tunnel for instance and show the design and calculation results of two-lane railway tunnel.     

圆形隧道环向存在隐伏充填溶腔时防突岩墙的上限稳定性分析

岩溶隧道施工中遭遇高压充填溶腔时,若防突岩墙的稳定性不足易造成突水突泥等地质灾害.因此基于极限分析原理提出了一种分析防突岩墙稳定性的研究思路.针对隧道环向遭遇隐伏充填溶腔的工况,利用广义切线法获得Hoek-Brown非线性破坏准则的转化强度参数,构建了岩墙二维计算模型.并结合上限原理与强度折减技术,将安全系数引入能耗分析过程,达到了表征防突岩墙稳定性的目的.最后,通过优化分析,探讨了岩墙安全系数随各参数的响应情况.研究结果表明:除围岩重度参数外,岩墙厚度、溶腔充填物压力、隧道支护压力、圆形隧道断面直径、单轴抗压强度、Hoek-Brown常数等,都对岩墙安全系数的变化影响显著.此外,将方法应用至"宜万铁路"、"忠垫高速"和"恩来高速"的岩溶隧道中,良好的结果验证了方法的可行性.     

基于安全系数的地铁区问隧道合理埋深确定

如何综合考虑经济、安全两方面因素,确定地铁隧道的合理埋深,是地铁隧道修建的难点之一．结合青岛地铁某一区间隧道合理埋深设计,将强度折减法应用于地铁隧道合理埋深分析,计算得出不同埋深情况下隧道毛洞安全系数．考虑实际地质条件对不同埋深下地铁隧道毛洞安全系数的影响,由计算得到的不同埋深下隧道毛洞安全系数的变化规律,定量分析得出了适合青岛地铁该区间隧道的合理埋深范围．     

三孔小净距隧道群极限状态下围岩破坏特征研究

平行三孔大断面小净距隧道开挖时,围岩应力场经过多次扰动叠加发生重分布,不再是单个隧道的简单叠加.利用强度储备法求得极限状态下的隧道围岩各点的安全系数,绘出开挖断面附近围岩的点安全系数分布图,并对不同净距与埋深对围岩极限状态的破坏特点进行研究.结果表明:随着净距的增大,洞周达到强度极限的围岩范围增大,围岩自身稳定性不断提高;埋深较小时,边洞的拱顶变形小于中洞,而当埋深大于25 m时,三洞的沉降大致相等.     

深埋隧道围岩滑移面验证及稳定性分析

为了采用安全系数分析深埋圆形盾构隧道稳定性,以隧道围岩弹塑性区域的应力分布为基础,采用变分方法验证围岩滑移面的分布形态.将围岩简化为理想弹塑性材料,结合弹塑性区域应变分布获得围岩极限塑性半径.基于Mohr-Coulomb准则,选取隧道安全系数为极限塑性半径内沿隧道滑移面围岩的抗剪强度与剪切力之比,获得以安全系数为隧道稳定性指标的分析方法.通过算例分析得出极限应变与屈服应变比值、围岩力学参数和支护参数与隧道相对塑性半径和安全系数的关系.研究结果表明:增加围岩内聚力、内摩擦角及支护压力能有效抑制隧道塑性区半径发展与提高隧道安全系数;围岩变形协调能力越好,整体越稳定.     

加筋土挡墙稳定性分析的点安全系数法

采用点安全系数法分析加筋土挡墙的稳定性.在理论分析的基础上,推导岩土体、筋材、筋土界面的点安全系数以及筋材抗拉和抗拔安全系数的计算方法,给出点安全系数法在FLAC3D软件中实现的步骤和FISH命令,并结合工程实例,对比分析强度折减法(SSR)与点安全系数法的差异.研究结果表明:采用点安全系数法不仅可以获得挡墙内各部位的安全状态,而且可以分析筋材的抗拉和抗拔稳定性,便于对影响挡墙稳定性的薄弱环节进行分析,实现规范所要求内外部稳定性计算:而强度折减法主要适用于分析挡墙的整体稳定性:点安全系数法比强度折减法的计算效率高.     

考虑土体强度非均质和各向异性的隧道洞口仰坡地震稳定性上限解

隧道洞口段仰坡稳定性分析是隧道工程设计的关键内容之一。考虑土体强度非均质及各向异性影响,结合极限分析上限理论及土体强度折减理论,推导出的仰坡稳定性极限分析上限解计算公式,对比验证了所提计算方法的合理性,探究了地震力作用下非均质及各向异性系数对隧道洞口仰坡临界坡高、隧道拱顶破坏位置及仰坡安全系数的影响规律。研究表明,地震力作用下,土体强度非均质系数越大、各向异性系数越小,隧道洞口仰坡稳定所需临界坡高越大;非均质及各向异性系数系数越大,仰坡初始滑移面越远离坡肩位置,隧道拱顶破坏范围更广;随着各向异性系数增大,仰坡安全系数呈递增规律,而非均质系数增大将导致仰坡安全系数降低,仰坡整体趋于不安全。研究成果为山区隧道洞口仰坡稳定性设计提供了理论依据。