非线性破坏准则下浅埋隧道围岩压力的极限分析

采用土体非线性破坏准则,基于浅埋隧道的泰沙基破坏模式,利用极限分析法中的上限定理,推导非线性破坏准则下浅埋隧道围岩压力的计算公式。运用序列二次规划算法进行优化分析,得出围岩压力上限解的最优值。研究结果表明:当非线性系数m=1时,非线性破坏准则变成线性Mohr-Coulomb准则,本文方法的计算结果与泰沙基极限平衡法的计算结果比较接近,证明了本文方法的有效性;非线性系数对围岩压力上限解有较明显的影响。     

非饱和岩土体中浅埋隧道稳定性的极限分析

自然土体大部分处于非饱和状态,而现有的隧道稳定性分析却假定土体是饱和的。为了研究土体的非饱和特性对隧道的影响,对非饱和土中浅埋隧道的稳定性进行了极限分析。基于非饱和土的Mohr-Coulomb强度准则和构建的浅埋隧道破坏机制,推导了围岩压力解析解。采用数值优化方法,计算了围岩压力的上限解。参数分析结果表明:基质吸力及埋深的增加有利于隧道的稳定,而地下水的存在不利于隧道稳定。     

深埋长大隧道围岩破坏能量释放数值模拟

为了研究材料强度和支护条件下隧道变形破坏中能量转移规律,利用RFPA计算软件,对深埋隧道变形破坏特征进行分析,从能量释放的角度分析隧道变形破坏发生机理,通过数值计算探寻深埋隧道开挖过程中围岩积聚的弹性能量随材料强度和支护强度的变化规律,由此得到了深埋隧道围岩变形破坏及可能诱发的动力灾害预测分析方法,为深埋隧道的合理开挖和安全支护提供参考依据。     

隧底隆起偏压浅埋矩形隧道围岩应力上限分析

基于极限分析上限法,给出了考虑隧底隆起偏压浅埋矩形隧道围岩应力的解析解表达式,并对不同深埋比和岩土体抗剪强度参数对隧道围岩应力的影响进行了研究。研究结果表明:随着浅埋隧道的埋深及断面尺寸的增大,浅埋隧道极限围岩压力也将增大;浅埋隧道极限围岩压力随着岩土黏聚力和内摩擦角的增大而显著减小。     

深埋隧道围岩应变软化模型参数的正交设计

研究高应力环境下岩体单元塑性软化变形对深埋隧道围岩位移的影响规律,采用基于莫尔库仑与拉破坏复合破坏准则的应变软化模型对深埋隧道的开挖卸荷进行数值仿真,按照正交实验方法设计计算方案。根据计算结果,得出应变软化模型力学参数对围岩水平收敛位移影响程度的大小,建立围岩水平收敛位移与应变软化模型力学参数之间的经验公式,为深埋隧道围岩的稳定性分析提供了理论依据,对实际工程施工也有重要的参考价值。     

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.     

隧道围岩卸荷演化过程的Kolmogorov熵分析

岩石材料本质上是一种物理非线性的材料,在深埋条件下,隧道围岩系统的变形还表现出几何非线性,这两种非线性机制的相互作用使得围岩系统的卸荷演化具有高度的复杂性。根据重庆某深埋隧道围岩实际情况,建立了摩尔-库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型,运用三维显式有限差分程序FLAC3D软件,采用大变形方法对深埋隧道围岩系统卸荷进行数值仿真,同时基于耗散结构理论,对深埋隧道围岩系统卸荷演化的双重非线性数值计算结果行整合,提取了围岩系统演化过程中特征点演化时间序列的Kolmogorov熵值,判断了系统演化的混沌特性及其对初始条件的敏感性,分析了系统卸荷过程的能量耗散特征,研究了围岩的失稳机制。     

深埋地下硐室破坏模式与围岩压力上限解

为了获得更合理的深埋地下硐室破坏模式和更精确的深埋地下硐室围岩压力,在分析研究已有深埋硐室破坏模式的基础上,构建"楔形塌落体+转动圆弧体"的深埋硐室破坏模式。运用非线性Mohr-Coulomb破坏准则(即M-C破坏准则)下的极限分析解析法,推导得到"楔形塌落体+转动圆弧体"破坏模式的围岩压力表达式。通过数值模拟、理论验证和工程实践对比,证明改进后硐室破坏模式的合理性和采用极限分析非线性理论计算围岩压力的可靠性。根据该硐室破坏模式,研究各参数对围岩压力的影响。研究结果表明:围岩压力随着非线性系数的增大而增大,随着侧压系数和内摩擦角的增大而逐渐减小;非线性系数和侧压系数对围岩压力的影响明显大于内摩擦角对围岩压力的影响;通过减小非线性系数、增大侧压系数和选择内摩擦角较大的围岩进行开挖可有效提高围岩稳定性。     

深埋超大断面局部近水平岩层结构垮塌失稳机理

针对深埋超大断面隧道穿越近水平岩层的围岩稳定性问题,建立了局部近水平岩层结构力学模型。认为局部岩层的垮塌失稳为掌子面后方应力重分布形成的均布竖向荷载,及水平荷载作用下结构力学模型的弯拉脆性破坏和剪切塑性屈服过程。通过针对依托工程验证了深埋超大断面隧道,建立局部近水平岩层结构力学模型,分析围岩垮塌失稳的合理性和可靠性;并提出了超大断面深埋隧道近水平围岩失稳后的合理处理措施。研究成果可为深埋超大断面隧道局部近水平岩层结构垮塌失稳及其治理提供理论支持。     

受水压作用下隧道围岩压力的非线性上限分析

针对浅埋隧道,在非线性破坏准则下,根据虚功率原理求解了围岩压力的上限解,并分析了不同因素对围岩压力的影响.研究结果表明:岩土材料破坏准则的非线性、地表荷载、孔隙水以及埋深对浅埋隧道的围岩压力都有较大的影响,尤其是决定岩土材料抗剪强度参数的非线性系数;另外,侧压力系数较小时,边墙的围岩压力较小,而顶部的围岩压力却很大,则此时需要注意和加强浅埋隧道顶部的支护措施,防止发生冒顶事故.