高压引水隧洞运行期复杂承载过程数值分析

基于引水隧洞运行期受力机制,将运行期全过程分为3个阶段:钢衬单独承载,初始缝隙闭合阶段;衬砌未开裂,衬砌与围岩复杂接触联合承载阶段;衬砌开裂,内水外渗阶段。针对各阶段力学特性,分别提出钢衬单独作用弹性荷载求解方法、基于接触力法的衬砌与围岩联合承载分析方法以及考虑应力和损伤影响的渗透系数与渗透荷载计算方法。并据此编制三维有限元计算程序,对某引水隧洞运行期全过程进行数值模拟。研究结果表明:工程实例计算结果较为合理地反映高内水压力下引水隧洞运行期全过程受力特性,并为水工隧洞设计提供一种有效的分析方法。     

土石混杂高边坡稳定性分析数值方法研究

基于整体强度折减法和局部强度折减法的边坡稳定性分析数值方法,只能获得单一的边坡安全系数和边坡在临界失稳状态下的位移数值参考值.为了掌握边坡的变形破坏过程和稳定性情况,通过FLAC3D中的Extrusion功能和自定义程序,实现对折减区域、强度折减计算精度、强度折减范围的控制,使强度折减法更加契合土石混杂高边坡在实际工程状况下坡体的稳定性分析.以鄂西山区高速公路典型土石混杂高边坡为研究对象,通过建立边坡的三维数值模型,根据实际工况调整边坡的计算强度折减范围,实现对土石混杂高边坡的稳定性分析,所获得分析结果与实际边坡工程监测数据相吻合.计算结果表明,该方法合理反映了土石混杂边坡在施工的各个阶段的变形破坏特征及滑动面存在区域,相比较与传统的稳定性分析方法可更好的量化边坡变形破坏状态,研究成果可为土石混杂边坡的稳定性分析提供有效参考.     

块体单元法在龙滩边坡开挖与加固分析中应用

龙滩工程右岸坝肩边坡高近300 m,且地质条件复杂.针对边坡中特定岩石块体的稳定性分析表明,在开挖过程中,边坡局部部位,特别是小块体和中块体所在部位,稳定安全系数不足.利用弹粘塑性块体单元法,对龙滩右岸坝肩边坡的开挖和加固进行了分析,所建立的块体单元计算模型对边坡复杂的开挖过程和加固措施进行了有效的模拟.计算结果显示各开挖步位移变化趋势和典型结构面屈服区分布合理;支护措施控制边坡变形效果明显,同时,相对于无支护情况下,各特定块体在各计算工况下稳定安全系数均有所提高.研究表明弹粘塑性块体单元法应用于岩石工程具有有效、适用和方便的优点.     

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.     

层状岩体隧道围岩稳定性的数值模拟分析

层状围岩中隧道开挖会引起非对称大变形现象,导致钢拱架扭曲、二衬开裂等工程问题。针对该问题,以四川省道219线改建工程海子山隧道为工程背景,在对该隧道围岩形变规律调研的基础上,建立基于块体离散元理论的数值模型,对层状围岩地层隧道稳定性进行数值分析。研究结果表明:隧道围岩大变形主要发生在以板岩为主的软弱岩层中,围岩的变形受层理面影响,表现出显著的非对称形变特征;当层理面与掌子面交线的视倾角等于0°时,层理面倾向角对围岩位移场及其破坏形态无影响。围岩侧压力系数λ=1、λ>1以及λ<1时,围岩的破坏形态分别受层理面、主应力方向、层理面与主应力方向共同控制;当视倾角等于90°时,围岩形变特征及其破坏形态在不同层理面倾向角的影响下存在4种模式。当视倾角不等于上述特殊情况时,在不同层面倾向角的影响下,围岩的变形特征及破坏形态存在8种模式。     

基于块体理论的围岩稳定性分析及数值模拟研究

岩体的完整性及节理裂隙的发育程度是影响围岩稳定性的主要因素。潜在失稳块体将引起围岩掉块、剥落、滑移甚至坍方等失稳现象。以小三岔口隧道为依托,基于块体理论研究,借助围岩结构分析和数值模拟相结合的方法,从岩体结构特征入手,定位隧道开挖潜在失稳区域,寻找可动块体,确定关键块体,深入分析围岩失稳变形模式,揭示无支护条件下围岩的变形、受力特征并提出针对性施工建议。研究结果显示:岩体节理裂隙发育、节理面相互切割成不利组合和岩块结构面结合性差是围岩失稳的根本原因;关键块体的运动是造成围岩失稳的直接原因。     

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。     

跨断层水工隧洞地震响应数值模拟分析方法

断层破碎带是影响高地震烈度区隧洞结构稳定的关键因素之一.针对地震作用下围岩与断层动力相互作用特点,建立了一种考虑多种接触状态的动接触力算法.该算法考虑了有限元模型中的点对接触和点面接触两种接触类型,可以模拟围岩与断层之间的黏结接触、静接触、分离和滑动接触4种接触状态,适合研究地震作用下围岩与断层动接触系统的非线性大滑移问题.首先,通过一滑块算例,验证了该算法的合理性.然后将此算法应用于滇中引水工程香炉山隧洞抗震稳定计算,对比分析了无断层,有断层、不考虑动接触,有断层、考虑动接触3种工况对隧洞地震响应的影响.结果表明,断层破碎带的存在加剧了隧洞的地震反应,主要表现为衬砌位移和应力的增加,以及围岩破坏区的扩大;考虑动接触后,围岩与断层在地震加载过程中,出现了明显的错动位移,进而对衬砌产生破坏作用;衬砌损伤区主要分布于断层穿过的部位及断层两侧约10 m范围内,其中上盘衬砌受断层影响较大;在横向地震动激励下,衬砌腰拱的应力和位移明显大于顶拱和底拱,为衬砌结构的薄弱部位.     

岩质高边坡开挖变形的三维离散单元法分析

对一典型的反倾向层状结构岩质高边坡进行了非连续非线性三维数值模拟.数值模型中考虑了复杂的地质条件,同时模拟了进水口高边坡的控制性结构面和陡倾节理组,实现了边坡、引水隧洞的分步开挖及锚固.运用三维离散单元法(3DEC)进行了混合不连续和蜕化连续2种方式的求解,在比较不同求解方式所得计算位移的基础上,探讨了结构面对计算结果的影响,分析了进水口边坡在开挖、加固作用下的变形状况和稳定性.     

基于数值应力场的加固边坡临界滑动场

传统的极限平衡法广泛用于边坡稳定性,计算出的边坡安全系数在工程界普遍接受.但边坡加固后的受力较为复杂,由于极限平衡法假设条件较多,加上计算加固边坡安全系数的合理性受到质疑,所以较多地采用数值分析方法,但数值分析法不易获取工程意义上的安全系数.为此,利用数值分析法计算加固边坡应力分布,再利用临界滑动场理论搜索基于数值应力...