乌鲁木齐地铁隧道互层岩体力学特性的离散元数值分析

为了研究乌鲁木齐地铁隧道中强风化泥岩、砂岩组成的互层岩体力学特性,首先在乌鲁木齐强风化泥岩、砂岩物理力学参数获取的基础上,对互层岩体物理力学参数进行微观参数标定,然后通过颗粒流数值模拟单轴压缩试验,分析了互层围岩层厚、层厚比、岩层倾角及层厚比与岩层倾角共同作用下互层岩体力学特性响应规律。分析结果表明:互层围岩的层厚与单轴抗压强度负相关;随着互层围岩层厚比的增加,其单轴抗压强度在降低,且下降梯度逐渐减小;互层围岩倾角的增加使单轴抗压强度的变化大体呈U形变化趋势,在岩层倾角为40°时,单轴抗压强度达到最低;围岩倾角与层厚比的组合对单轴抗压强度的影响比较明显,且在围岩倾角为0°、20°、80°,围岩层厚比为0~0.2最为显著。综合分析,互层岩体力学特性较为复杂,不同层厚、层厚比、岩层倾角及围岩倾角与层厚比的组合所表现出的力学差异显著,需要在实际工程中遇到具体问题具体分析。

寒区土岩复合地层地铁车站基坑支护结构变形及优化研究

为解决寒区土岩复合地层下的地铁基坑支护优化问题,节约社会资源,论文依托具有该种地层的乌鲁木齐二道桥地铁车站,建立了基坑开挖有限元模型,分析了开挖过程中基坑周围的地表沉降和围护结构位移的变化规律。根据经过验证的模型,调整钢支撑的位置和支撑材料的组合,在保证安全性的基础上,优化了基坑支护结构的设计。将中部钢支撑位置向下移动10.4%的基坑深度,使支撑最大轴力降低了19.3%;将中部钢支撑替换为混凝土支撑对改善基坑周围土体沉降最优,沉降最大值降低了44%。

基于粒径差异性的粗砂岩强度参数特征分析

为探究粒径差异性对粗砂岩抗压强度、弹性模量、泊松比、裂纹演化的影响规律与关联程度,以室内试验为基础,采用颗粒流数值模拟软件PFC3D进行参数标定获取岩体合理细观参数,建立不同水平粒径比模型并进行单轴压缩模拟试验,分析基于粒径差异性的粗砂岩各参数的变化规律,并通过灰色关联模型定量分析粒径比与粗砂岩力学参数的相关性。结果表明:粒径比由2.0增至5.0,岩体抗压强度降低了29.93%,弹性模量降低了17.20%,泊松比增大了5.69%。根据裂纹演化规律将其分为第一区间(2.0≤r≤3.0)、第二区间(3.0<r≤4.0)、第三区间(4.0<r<5.0),张拉与剪切裂纹数均与粒径比表现为负相关,剪切裂纹变化趋势为第三区间<第二区间<第一区间;张拉裂纹在第一区间内浮动较大,第二、三区间变化趋势相近。破坏模式的影响分析表明,粒径比较小时模型内粒径差异性较弱,颗粒分布较为均匀,颗粒之间形成的黏结接触面积较小,其抵抗黏结作用所产生的变形较弱,颗粒粒径对裂纹在延展方向上的影响作用较弱,此时模型多发生剪切破坏。灰色关联模型数据显示,与粒径比关联度最大的为泊松比,最小的为剪切裂纹数,其值分别为0.575和0.519,在试验中充分考虑粒径比的差异性,有助于合理调控与获取粗砂岩岩体的相关力学参数。