水库水位升降对堆石坝坝体变形行为的影响

建国后大量兴建的堆石坝历经数十年的使用及自然损耗,坝体安全风险逐渐升高。为了有效掌握坝体在拦蓄水体的作用下的变形行为,指导既有坝体的维护。该研究以华南某地水库的既有堆石坝为对象,对坝体典型部位开展沉降位移监控、水平位移监测及水位监测等。研究表明:水坝下游一侧的坝体沉降位移与水位呈负相关性,水平位移与水位呈正相关性;坝体的沉降和水平位移特征为,坝体中间的变形较两侧的变形大,坝顶的变形最大;坝肩地质条件的差异会导致坝体不同部位产生水平位移差,威胁坝体安全。该研究成果对治理和维护既有堆石坝体具有重要的参考和指导意义。

双向荷载作用下层状岩体变形模量参数取值试验研究

在龙滩特大桥拱座基础中,针对层状强风化—中风化粉砂质泥岩,采用刚性承载板法进行拱座受垂向荷载及水平荷载作用下,层面倾角为38°~40°的岩体变形模量试验。结果表明:拱座基底受垂向荷载的变形模量为0.4542 GPa~0.8329 GPa,拱座受水平荷载的变形模量为0.066 GPa~0.088 GPa。研究深入分析了层状岩体的变形机制和规律,揭示了不同加载条件下的变形规律,提出了确定垂直和水平方向变形模量在综合模量中的权重比例的方法。该研究对层状岩体变形特性和大跨度拱桥的理论计算具有重要参考价值。

复杂应力条件下粗粒料的剪胀性研究进展

粗粒料的剪胀性是其强度和变形研究的重要问题之一,它取决于颗粒排列、粒间压力等细微观作用;在宏观层面,受相对密度与应力状态的影响。围绕复杂应力条件下粗粒料的剪胀问题,从粗粒料力学特性的试验研究、粗粒料的剪胀性强度准则以及临界状态与剪胀性方面,对国内外的研究进展进行了系统论述。在此基础上,提出该领域呈现如下发展态势:①通过大型真三轴试验开展粗粒料剪胀率的试验研究与理论分析,能够促进粗粒料本构理论的发展进步;②结合应力路径试验中的应力变形规律研究,可实现从常规三轴条件下向复杂应力条件下的剪胀方程的进一步发展,从而体现强度与变形问题的统一;③采用状态参量去评价土体的松密状态与剪胀性,能够耦合应力状态与孔隙比,尽量避免“一种材料,多组参数”。研究结果表明状态参量和应力路径相结合的方法,使得粗粒料的力学特性研究更加具有科学性和系统性。

基于离散单元法的渗流侵蚀作用下桩基位移与承载特性研究

随着城市地下空间桩基与隧道立体交叉分布体系的日渐复杂,隧道渗流侵蚀引发的桩基稳定性问题越发突出。然而,目前关于隧道破损引发渗流侵蚀方面的研究工作主要聚焦于侵蚀发生机制方面,其与邻近桩基的相互作用尚欠关注。因此,在物理试验揭示渗流侵蚀机制的基础上,通过建立土体临界细粒含量表达式,量化表征了地层侵蚀形态;随后,采用随机定量删除细颗粒的方法,基于离散单元法DEM建立了多区域侵蚀地层模型,进而分析了不同桩基位置、沉桩方式、桩基荷载和基础类型条件下桩基结构的侵蚀响应特征。结果表明,桩基受侵蚀后均产生不同程度的下沉位移,并在不平衡力的驱动下向侵蚀区倾斜;桩端阻力受损后随桩体下沉逐渐上升,侧摩阻力损失则基本无法恢复。此外,不同沉桩方式与桩基荷载下,桩体的位移与阻力变化模式基本一致,主要是变化量的不同;相比单桩,群桩具有更好的抗侵蚀能力。

考虑轴向应力作用的贯通裂隙岩体变形及渗流特性研究

岩层内有害气体运移主要通过裂隙介质进行,地层应力状态对岩体渗透性影响显著,通常天然岩体处于三向不等压状态,研究不同应力状态下岩体变形及渗流的影响对合理预测岩层内气体运移具有重要意义。通过三轴试验系统考虑不同裂隙角度及围压,开展了流-固耦合作用下的岩体压缩全过程变形及渗透规律研究。试验结果表明:(1)岩体既有裂隙应变随轴向应力的增加表现为先减小后增加的趋势,当围压小于25 MPa时,轴向应力对裂隙的影响主要为体胀,当围压大于25 MPa时,轴向应力对裂隙的影响主要为体缩;(2)低围压下岩体体胀主要由既有裂隙产生,高围压下主要由岩石新生裂隙产生,贯通裂隙岩体压缩过程岩体渗透性变化主要由既有裂隙变形决定;(3)当裂隙角度为90°、80°、70°时,随着围压的增加岩体峰值应力渗透率相比初始应力分别增加4%~-0.7%、0.5%~-6.3%、-0.2%~-15%,轴向荷载作用下裂隙角度对岩体渗透性的影响略高于围压;(4)考虑不同应力水平对裂隙变形的影响,建立了三向应力状态下裂隙渗透率计算模型,发现法向变形的侧限应力影响系数χ的敏感性随围压的增加以及裂隙角度的增加而降低。

倾斜薄层炭质板岩隧道围岩大变形特征及其卸荷破坏防控对策研究

针对云南香丽高速公路11座典型倾斜薄层炭质板岩隧道,通过围岩变形监测、离散-连续耦合数值分析手段,研究了围岩大变形特征和卸荷变形破坏机制,并提出了相应防控对策。结果表明:(1)倾斜薄层炭质板岩隧道围岩变形受开挖卸荷和施工扰动影响大,围岩变形具有量值大、速率快、持续时间长的特点,拱部沉降大于水平收敛,为围岩卸荷大变形,整体呈现出非对称的空间分布特征;(2)围岩变形破坏随台阶施工进一步发展,上台阶开挖后,洞身左拱肩围岩出现弯折破坏,形成初始卸荷区域,具有显著的非对称特点,随着中、下台阶施工步序推进,左拱肩围岩的弯折破坏进一步发展,隧道拱部与右拱肩的围岩也逐渐产生朝向左侧的剪切滑移破坏,最终导致拱部卸荷破坏区域的整体扩张;(3)地层预加固是控制倾斜薄层炭质板岩隧道围岩变形的主要有效手段,同时可结合降低施工扰动、优化支护时机与参数等方面对围岩变形进行综合处置。

基于位移等代法的深部直墙半圆拱形隧洞松动圈厚度预测

【目的】位移等代法是在工程实践中被广泛应用的一种等效圆法。为进一步探索该方法在深部非均匀应力场下预测松动圈厚度的工程效果,并建立具有工程适用性的等效圆半径计算公式,【方法】选取深部隧洞常采用的直墙半圆拱形断面为研究对象,根据位移等代法基本原理,利用FLAC~(3D)数值模拟和理论计算相结合的方式,建立了侧压系数λ为1.1~1.5,跨高比b_0/h为1.3~1.5条件下的等效圆半径函数关系式,并应用到江西曲江某煤矿水仓围岩的松动圈厚度预测。【结果】结果显示:根据等效圆公式计算出的水仓围岩松动圈的纵轴厚度为1.41 m,横轴为1.20 m,呈椭圆形;现场实测的松动圈也呈椭圆形,厚度平均值在1.15~1.45 m,其中最大均值在纵轴1.45 m,最小均值在横轴为1.15 m。理论预测值与实测值相吻合。【结论】结果表明:位移等代法适用于深部软岩松动圈厚度预测;所建等效圆半径公式具有良好的工程适用性,可为评价和预测类似隧洞工程松动圈厚度提供一种简化的、可借鉴的方法和思路。

基于热力耦合的近场动力学方法高温岩石水力压裂数值模拟

基于近场动力学方法分别采用键型模型计算岩石热扩散过程和常规态型模型模拟岩石位移场的演化,根据物质点间的断键数量确定材料损伤值以实时追踪裂隙面的扩展,通过在裂隙面处施加水压和水温实现水与岩石间的相互作用,建立了考虑热力耦合效应模拟高温岩石水力压裂过程的数值计算模型。根据岩石加热裂隙扩展的试验结果,验证了计算模型的有效性。最后,讨论了水压、岩石初始温度及弹性模量等因素对水力压裂岩石裂隙结构形态的影响,并基于综合敏感度属性识别评价方法,分析了各影响因素对岩石裂隙形态参数的敏感性。研究结果表明:水压较小或岩石初始温度较低时,主裂隙几乎呈对称分布,基本上无裂隙分支现象;随着水压或初始温度的增加,裂隙逐渐增多并产生分叉现象,同时裂隙总长度和张开度也均呈增长趋势。当岩石弹性模量均值较小时,水力裂隙较为发育且萌生许多微小裂隙;随着弹性模量均值的增大,水力裂隙分支及微裂隙数量明显减少,裂隙总长度和张开度也相应地减小,而岩石起裂时间则近似呈线性增加的趋势。岩石材料参数和环境参数的敏感性综合评价表明,岩石裂隙扩展对弹性模量和水压呈高度敏感,而对水温则表现为不敏感。

循环加卸载下大理岩渐进损伤的能量特性研究

为探究锦屏大理岩渐进损伤过程中的能量特性,开展了5种围压下岩样的三轴循环加卸载试验,分析了循环加卸载下大理岩渐进损伤的弹性模量演化、能量演化及分配规律、能量演化的围压效应、损伤演进特性,并系统剖析探讨了基于能耗比和能耗差定义的两种岩石强度失效的能量判据。研究结果表明:大理岩从初始屈服到进入残余阶段的整个变形破坏过程中,加载段弹性模量和卸载段弹性模量均呈现单调退化的弹塑性耦合特征,应避免采用弹性模量不变假定计算弹性应变能带来的偏差;围压升高不仅能够有效提升大理岩的吸能和储能效率,也能强化大理岩的吸能和储能极限,同时还能抑制大理岩的能量耗散效率和耗散能的提升幅度;岩样从峰前到峰后的能量演化是一个弹性能占比逐渐降低,耗散能占比逐渐升高的过程,残余阶段能量占比趋于稳定,其残余弹性能和残余耗散能均随着围压的增加呈现近似线性的增长,而最大弹性能和最大耗散能则随着围压的增加呈现非线性的增长。考虑初始损伤和残余承载力修正的损伤演化方程能很好地捕捉不同围压下岩样基于耗散能定义的损伤变量的变化特征。进而,基于能量相对比例定义的能耗比判据可视为大理岩的材料失效判据,基于能量绝对差值定义的能耗差判据可视为大理岩的结构失效判据。

基于短梁-弹簧模型的盾构隧道施工期上浮变形计算方法

盾构隧道在掘进过程中易出现管片上浮问题,为更加真实地描述施工期盾构隧道在上浮力作用下产生的管片环间错台变形和张开变形,提出基于短梁-弹簧模型的盾构隧道上浮变形理论计算方法。首先,引入Euler-Bernoulli短梁和环间接头弹簧模拟盾构隧道纵向结构,通过设置边界弹簧考虑盾构机盾尾对管片的任意约束作用;之后,采用有限差分理论推导得到施工期上浮力作用下盾构隧道上浮变形解答;最后,对比实际工程案例和数值模型结果以及传统等效梁计算结果验证了计算方法的正确性和有效性,并探明了理论计算模型中关键参数的敏感性,进一步讨论了浆液未凝固段长度、管片环间接头弹簧刚度以及地基弹性模量对隧道上浮变形规律的影响。研究结果表明:与传统连续梁模型结果相比,新方法可以真实地反映盾构隧道的非连续性变形性状,定量分析管片环环间的错台变形和张开变形;通过参数分析可知,浆液未凝固段长度的增长会明显增大盾构隧道上浮变形最大值和变形影响范围;适当提高环间接头的剪切刚度和转动刚度可以有效降低隧道上浮位移、管片环间错台变形和张开变形;在地基弹性模量较小的软弱地层中盾构隧道施工期的上浮变形更不易控制。

某石灰岩矿山典型边坡稳定性分析研究

本文以四川省某新建露天矿山为例,选取某一典型危险设计剖面,采用赤平投影分析法、简单平面滑动分析、楔形体破坏分析和极限平衡法进行综合评价,以期为类似新建矿山高陡边坡设计提供参考。结果显示:岩层结构面切割对该边坡影响较大,坡顶部分中风化泥岩由于受矿区界线限制,无法越界开采,将其清除,有可能发生楔形体破坏,该区开采方案需进一步调整;该典型剖面坡顶局部稳定性不满足规范要求,为确保矿山安全生产,终了边坡结构参数需进一步调整。

软土地区深基坑变形性状分析与控制措施研究

对于软土地区深基坑作业来说,施工变形和风险控制是关键。以上海浦东机场内某半逆作的深基坑为背景,通过对基坑监测数据分析,对软土地区深基坑工程的变形性状进行了分析总结。根据该工程基坑的变形性状分析,结合类似软土地区基坑工程的实践经验,从前期设计和施工过程控制两方面提出了一些基坑变形和风险控制要点。研究结果可为类似软土地区深基坑工程的科学施工提供经验借鉴。

视觉测量在基坑坡顶变形监测中的应用研究

深基坑坡顶变形监测在基坑开挖施工作业过程中是必不可少的。以某建筑基坑为例,将机器视觉测量方法引入到基坑坡顶变形监测中,与传统人工观测相比,该方法具有明显的观测速度快、避免作业人员安全风险、受恶劣天气影响小、观测数据连续等优势。该实例的应用,希望为后续相关工程问题提供参考。

新建公路桩板结构施工对邻近地铁隧道、高铁桥梁变形影响的模拟分析

[目的]道路桩板结构施工会对邻近地铁隧道、铁路结构产生较大影响,在严格的规范要求和复杂的工程状况下,需要保证既有地铁、铁路结构的安全。[方法]基于新建百安公路工程,利用数值模拟方法,构建Plaxis 3D有限元计算模型,模拟各施工工况,分析桩板结构施工过程对邻近的既有地铁、高铁的影响。[结果及结论]研究结果表明:在该公路工程钻孔灌注桩施工过程中易出现塌孔、土塞效应等不良情况,将会对邻近地铁线路造成不利影响,使地铁隧道位移及收敛变形超过控制值;而施工过程对高铁桥梁影响较小,变形在可控范围之内。为此,需改进和优化公路的施工方案,如增加桩基础与地铁隧道的距离、增加部分桩长等,并对优化设计方案进行了安全评估。然后再进行的数值模拟结果显示,公路施工引起的地铁隧道位移和变形可以满足要求,能保证地铁隧道的结构安全。

卸荷岩体的变形破裂特征

在岩石试件卸荷试验的基础上,结合大型开挖工程,研究了岩体在卸荷状态下的变形破裂特征。研究表明,岩石在卸荷状态下的变形表现为沿卸荷方向的强烈扩容,其破裂以张性破裂为特征,并存有张剪性和剪性破裂;卸荷岩体除具有上述变形破裂特征外,其变形破裂程度及方式受岩体结构的控制,比岩石更易发生变形与破坏,特别是其破裂体系,很大程度上受岩体结构的控制。

挤压性围岩隧道大变形机理及分级标准研究

结合高地应力条件下挤压性大变形隧道——乌鞘岭隧道工程实例,通过变形的现场量测结果,分析了挤压性围岩隧道大变形的基本特征。采用室内试验及现场量测等手段,综合分析确定了围岩物理力学参数,定量分析了洞室周边产生塑性区的条件、塑性区及洞壁位移的影响因素、塑性区半径与洞壁位移的关系。以现场量测数据为依托,结合理论计算,参考以往类似隧道经验,分别考虑了围岩的相对变形、强度应力比、原始地应力、弹性模量作为分级指标,并提出了综合系数α指标,采用综合指标判定法给出了大变形的分级标准,以及相应的防治措施。

岩石声发射Kaiser点信号频带能量分布和分形特征研究

通过单轴加载岩石破坏全过程声发射试验,根据Kaiser效应原理采用参数法确定了Kaiser点。在此基础上,首先采用小波包频带分解方法,对岩石声发射Kaiser点信号的能量分布特征进行了研究,分析了砂岩声发射信号的不同频带能量分布规律,得到了Kaiser点特征频带能量百分比大于相邻点的重要结论。其次,采用G-P算法计算了声发射过程关联分维数,结果表明声发射过程不仅具有分形特征,而且Kaiser点声发射信号关联分维数小于其相邻点,其结论可作为通过波形分析识别Kaiser点的特征。

粗粒料强度和变形的大型三轴试验研究

通过大型三轴试验,对高低围压下粗粒料的应力应变特性、抗剪强度、内摩擦角和颗粒破碎特性进行了对比分析,并探讨了不同泥岩含量对堆石坝料强度的影响。结果表明:中高围压下粗粒料表现出应变硬化特性和剪缩,强度包线和不同围压下的最大主应力比与剪胀率的关系近似为线性,而低围压下主要表现为应变软化和剪胀,抗剪强度包线等表现为非线性。随着围压的增加,主应力比降低、颗粒破碎率增大、内摩擦角减小。泥岩含量的增加使颗粒表面的摩擦阻力与粒间的咬合力减弱,导致抗剪强度降低。

复杂层状岩层隧道塌方原因分析与加固后信息化施工技术

关口垭隧道右洞Yk73+955～Yk73+925段在施工过程中出现塌方,从层状岩层分布、偏压和雨水侵蚀作用以及前期地质勘测欠准确等方面分析塌方原因,结合工程具体情况,比较分析超前小导管和长大管棚处理方案的优缺点,选择超前小导管预注浆辅以工字钢处理塌方区,在处理段增设监测断面,通过监测隧道的收敛位移和拱顶下沉量以及钢拱架的内力反映隧道围岩的稳定状况,量测结果表明,在一定时间内围岩达到稳定,表明采用超前小导管预注浆方法处理隧道塌方区效果良好。

湖北云应盐矿深部层状盐岩直剪试验研究

为了解湖北云应盐矿深部层状盐岩,特别是盐岩和硬石膏夹层界面的抗剪性能,开展3类典型岩体的直剪试验。试验结果表明:层状盐岩界面和盐岩、硬石膏的剪切应力–位移曲线较为相似,加载初期曲线的斜率较小,剪应力增加缓慢而位移增加较快;当剪应力达到某一数值后,剪切位移增加变得缓慢,曲线斜率变大;快达到峰值强度时曲线斜率再逐渐由陡变缓;达到峰值强度后出现软化,剪应力随位移的增加逐渐达到残余强度,从峰值强度到残余强度过程中,相对而言,层状岩石交界面的剪应力下降得比较快。试验结果还表明:盐岩硬石膏交界层面处的抗剪强度参数c,?值分别为4.08 MPa和45.9°,和盐岩试样和硬石膏试样的强度参数相差并不大,甚至还略强。这说明湖北省云应盐矿深部层状盐岩中盐岩和硬石膏夹层的交界层面具有较强的粘结力,不是一个弱面,这将有利于盐岩溶腔的密闭性和稳定性。层状盐岩的这一特殊力学特性对于在深部层状盐岩构造中开展能源储备是非常有利的。