可用于确定水平地应力分量和围岩弹性模量的TBA位移反分析法

地应力、围岩弹性模量等参数的测定是岩石力学和工程地质学的重要研究课题之一。虽然已有许多有效的测定方法,但并非都能满足工程设计的要求。因此,一种有别于传统地应力量测方法的 TBA 位移反分析法被提出,并对相应的基本原理和方法进行讨论。为说明 TBA 法的实用性,给出了在“引大入秦”和三峡船闸边坡等工程中的应用实例。

围岩弹性抗力对隧道结构受力的影响分析

运用荷载结构模型及有限元分析手段,以新建200km时速城际铁路隧道衬砌为研究对象,分析了围岩弹性抗力对二衬结构受力的影响。随着围岩弹性抗力的增大,拱顶弯矩及拱肩弯矩绝对值、拱顶竖向位移变小,而拱顶轴力及安全系数变大。说明,围岩越坚硬,衬砌结构受力越有利。随着二衬厚度的增大,拱顶弯矩及拱肩弯矩绝对值变大,而拱顶轴力、拱顶竖向位移及安全系数变小。随着混凝土强度等级的提高,拱顶弯矩、拱肩弯矩及安全系数变大,拱顶轴力和拱顶竖向位移变小,但这些量值的变化幅度较小,说明混凝土弹性模量对二衬受力影响很小。

裂隙围岩弹性力学参数反分析与验证

以浙江某穿山隧道为工程背景,通过二次开发,建立UCODE软件与有限元软件之间接口程序,对隧道裂隙围岩弹性力学参数—围岩弹性模量E及泊松比υ,进行反分析计算,反分析计算设置四组待定参数初始值。迭代计算结果表明,对于不同的参数初始值,反分析结果收敛于同一组解,验证了反分析算法的稳定性。通过将围岩参数反分析结果与设定值比较,其相对误差分别为2.17%和2.53%,均满足反分析精度要求。

围岩弹性反力系数对盾构管片力学性能的影响分析

运用荷载-结构法建立盾构隧道管片的三维模型,设置合力的管片接头接触模型,研究了不同围岩弹性反力系数下盾构管片的力学性能。结果表明:随着围岩弹性反力的增大,管片的内力值、位移值及接头内力值、接头相对滑动都有减小的趋势;同样,在围岩弹性反力的减小时,管片的内力值、位移值及接头内力值、接头相对滑动都有增大的趋势。在围岩弹性反力系数大于400MPa/m时对管片内力、变形的影响不明显,而在围岩弹性反力系数小于400MPa/m时对管片内力、变形的影响比较大。

中部城市引松供水工程总干线围岩弹性抗力系数试验及参数选取

结合吉林省中部城市引松供水工程实例,采用现场液压枕径向加压法试验,得出在不同压力下岩体的力学参数,采用不同岩体单位抗力系数公式计算出岩体抗力系数,经过对比得出合理的围岩弹性抗力系数。根据现有室内外岩石力学试验成果资料、经验公式计算结果及相关规范参考值进行分析和整理,选取合理的围岩弹性抗力系数,对衬砌结构进行了优化计算,满足围岩稳定和衬砌结构的安全要求。

边界非对称条件下圆形隧道围岩弹性解析

为修正实际工程隧道计算分析中采用无限边界条件带来的计算误差,针对浅埋偏压隧道的边界非对称问题展开研究,提出了一种基于边界非对称情况下的浅埋隧道围岩弹性解析解。采用Sagaseta的方法,通过在隧道斜面边界对称位置设置镜像源来求解不同边界条件下的隧道围岩力学问题,并分析了不同参数对计算结果的影响。研究结果表明:斜边倾角越大,临边距离越小,隧道埋深越浅,则由边界条件产生的效应越大;忽略斜边边界会低估地表沉降值。

粘弹性围岩中全长粘结式锚杆的计算

本文将文献[1]中获得的全长粘结式锚杆的弹性解答,通过拉普拉斯变换,推广并导出了粘弹性解答。本文的结果对地下工程进行粘弹性数值计算提供了基础,具有重要的实用价值。

三心圆拱断面隧道围岩黏弹性位移解及应用

基于弹性力学的复变函数方法和弹性粘弹性对应原理,将物理平面(z平面)上三心圆拱断面隧道围岩区域映射到计算平面(ζ平面)上单位圆外域,并用2个应力函数表示围岩的应力、位移及其对应边界条件。考虑临近开挖面的空间影响效应,将其以应力释放率表示,运用幂级数解法、Laplace变换等手段给出了三心圆拱断面隧道围岩的粘弹性位移解析解,并与数值解对比验证了理论解的正确性。将该方法应用于杨林隧道,分析了围岩粘弹性变形规律,揭示了隧道开挖面推进速度、空间影响效应、侧压力系数对隧道围岩粘弹性位移的影响规律,对类似断面隧道围岩粘弹性变形分析具有普遍应用价值。

围岩特性和衬砌厚度对衬砌混凝土在设置垫层下温控影响研究

基于有限元分析软件ANSYS,在溪洛渡泄洪洞有压段衬砌混凝土设置垫层的情况下,对不同围岩弹性模量和衬砌厚度进行仿真模拟。通过比较不同衬砌部位,不同点位的最高温度、最大内表温差、早期最大拉应力等,针对围岩弹性模量和衬砌混凝土厚度的变化对衬砌混凝土温度和温度应力的影响进行了分析。研究结果表明,①不同围岩弹性模量下,相同温控措施下衬砌混凝土温度场大致相同。较好围岩会增大早期衬砌混凝土的最大拉应力,减小最小抗裂安全系数,必须采取严格的温控防裂措施,防止早期裂缝。②相同温控措施下,衬砌混凝土越厚,最高温度越高,最大内表温差越大。较薄衬砌混凝土会增大早期衬砌混凝土的最大拉应力,减小最小抗裂安全系数,温控防裂措施要求严格。

考虑σ_(2)及围岩—支护结构相互作用的隧道力学模型

目前的隧道力学模型未能同时考虑中间主应力σ_(2)及围岩—支护结构相互作用对围岩塑性区等隧道力学特性的影响。为此,首先采用岩石统一强度理论替代目前常用的Mohr-Coulomb(M-C)强度准则以考虑σ_(2)对隧道围岩塑性区的影响。其次,针对Kastner方法未能很好地考虑支护前隧道围岩初始弹性位移及围岩—支护结构相互作用的不足,在其基础上,结合圆形隧道实际施工特点,提出了能够同时考虑σ_(2)、隧道围岩初始弹性位移及围岩—支护结构相互作用的圆形隧道力学模型。最后,通过算例研究了σ_(2)、隧道围岩初始弹性位移、原始地应力、支护结构刚度和岩石内摩擦角等对围岩塑性区、隧道洞壁位移和支护力的影响规律。研究结果表明:σ_(2)的影响不可忽略;一定的隧道围岩初始弹性位移可以减少支护应力,但会导致围岩塑性区和隧道洞壁位移的增加;支护结构刚度的增加可以有效减小围岩塑性区及隧道洞壁位移,但会增加支护结构应力;初始地应力的增加将增大围岩塑性区、隧道洞壁位移及支护结构应力;随着岩石内摩擦角的增加,围岩塑性区、隧道洞壁位移及支护结构应力均减小。最后,通过工程实例对模型的合理性进行了验证。

围岩特性对泄洪洞无压段衬砌混凝土温度和温度应力的影响

以溪洛渡水电站泄洪洞无压段为例,基于有限元分析软件ANSYS,模拟衬砌混凝土的浇筑过程和温控措施,计算分析了不同围岩特性下衬砌混凝土的温度和温度应力的发展变化规律。通过分析比较代表点最高温度、最大内表温差、不同点位最大拉应力等,研究围岩特性的变化对衬砌混凝土温度和温度应力的影响。结果表明:1在温控措施相同的情况下,围岩特性的变化对衬砌混凝土的温度场影响很小。2围岩弹性模量越大,对混凝土的约束越强,后期拉应力越大,对温控防裂的要求也越严格。计算成果为地下工程衬砌混凝土温控分析提供参考。

不同围岩条件对隧道衬砌应力影响分析

为研究不同的围岩条件如地质条件差、衬砌与围岩间回填不密实或未进行回填灌浆等对隧道衬砌应力的影响,分析了不同的围岩弹性抗力系数、侧向围岩压力对衬砌结构应力的影响情况。从而研究不同围岩条件下衬砌可能出现的各种力学现象,并对衬砌结构裂缝成因进行分析,得出衬砌结构的不利应力是其产生裂缝的主要原因之一。

非均匀应力场下圆形隧道围岩塑性区研究

为研究支护结构对非均匀应力场下圆形隧道的力学特性尤其是围岩塑性区的影响,采用理论分析的方法对已有模型仅能单独考虑原位非均匀应力场或支护结构对隧道围岩塑性区影响的不足展开研究,提出了一种考虑实际施工过程的非均匀应力场下圆形隧道围岩塑性区计算新方法,该方法能够很好地考虑围岩与支护结构的相互作用机理。利用该方法重点研究了隧道围岩初始位移及支护结构刚度对隧道围岩塑性区的影响,结果表明:(1)随着围岩初始位移的增加,围岩塑性区将呈现非线性增加,而当其增加到一定程度时,围岩塑性区增加幅度将十分显著;(2)随着支护结构刚度的增加,围岩塑性区将逐渐减小,但其减小幅度不是很大。因此在实际工程中,应选用合适的支护结构刚度以达到安全和经济的目的。

复杂地层下小净距隧道开挖稳定性分析

为研究复杂地层下小净距隧道开挖稳定性,文章依托某高速公路大断面小净距隧道工程,通过FLAC3D软件进行数值模拟,分析了掌子面距离和围岩弹性模量对复杂地层下小净距隧道开挖稳定性的影响,得出结论:小净距隧道的地表沉降曲线大致呈现左右不对称的“W”形,先行洞由于受到后行洞的影响,其沉降变形明显大于后行洞;随着掌子面距离逐渐增大,整个区域的沉降值出现显著减小,两隧道间的相互影响逐渐减弱,隧道拱顶变形和水平收敛变形均逐渐减小;随着围岩弹性模量的增大,隧道地表沉降、拱顶变形和水平收敛变形均呈减小的趋势,当围岩弹性模量>1.0GPa后,隧道的地表最大沉降值和拱顶变形基本保持稳定;当围岩弹性模量<0.233GPa时,隧道地表最大沉降值>30mm的限值,应对该类围岩进行加固处理。

隧道洞壁剪应力分布特征及影响因素分析

以隧道围岩位移为参量,推导出仅由围岩变形而产生的隧道洞壁剪应力计算公式。根据隧道洞壁剪应力计算公式可知,影响隧道洞壁剪应力分布的因素有隧道洞壁的部位、围岩弹性模量、隧道半径、锚杆间距、初始地应力因素。本文详细分析了隧道洞壁剪应力的分布特征以及这5个因素对隧道洞壁剪应力分布的影响程度,为隧道的支护设计提供了参考。

位移联图反分析法在雪峰山隧道的应用

初始地应力、围岩弹性模量是在岩体工程设计中2个重要参数,采用位移联图反分析法,结合雪峰山隧道具体的施工和监测数据,建立有限元模型对这两个参数进行反分析。在反分析的过程中,对量测的隧道周边变形数据进行了处理,采用适当的方法,考虑了隧道变形的时间效应、空间效应。

锚杆荷载受围岩参数影响的分析

根据锚杆杆体的轴向变形与围岩加固区的变形相协调,利用围岩加固区的变形确定锚杆的轴向变形,进而由应力应变关系求出锚杆荷载。在求加固区变形的过程中,将锚杆上的荷载近似的看作是分布在加固区边缘的均布荷载,求出硐室分别在地应力和锚杆荷载作用下的位移,锚杆两端的合位移即为加固区的变形,这样可以确定锚杆荷载与围岩参数的函数关系。

埋藏式月牙肋岔管内压分担比研究

采用三维有限元模拟了岔管、回填混凝土与围岩的联合承载体,分析了回填混凝土的塑性性质、岔管与回填混凝土之间的缝隙及围岩力学性能等重要因素对联合承载体的影响。结果表明:考虑回填混凝土的塑性性质后,围岩分担率下降;缝隙宽度超过一定值后,回填混凝土与围岩对岔管约束急剧下降,围岩分担率接近0;围岩力学性能越好,围岩分担率越高;考虑联合承载后,水压试验时岔管可能不足以承担1.25倍的设计压力,应根据岔管钢材允许应力研究水压试验值。研究成果为钢岔管与围岩共同分担内水压力的埋藏式月牙肋岔管的设计提供了参考。

多种因素对地表移动规律的影响分析

为了分析煤层开采对地表运移的影响,通过数值模拟分析了包括开采厚度、松散层厚度及煤层围岩弹性模量等因素对地表运移的影响,并根据模拟结果建立了相应幂函数,分析了地表垂直运移、水平运移与各因素之间的数值关系,为分析煤层开采对地表运移的影响提供了借鉴。

宜兴抽水蓄能电站岔管结构特点和水压试验效果

内加强月牙肋岔管,由于它具有受力合理、设计方便、水流流态好、水头损失小、结构可靠、制作安装容易等特点,在国内外大中型常规和抽水蓄能电站地下埋管中得到广泛的应用。随着抽水蓄能电站向高水头大容量方向发展,输水系统趋于大规模化,随之岔管也趋于大PD值化。对于高水头、大PD值岔管,如何减少钢板厚度,降低制造安装难度成为比较突出的问题。在目前数值计算和观测设备比较完善基础上,考虑围岩分担内水压力设计是高水头、大PD值岔管设计的一种必然趋势。文章从工程实例方面重点阐述月牙肋岔管的结构特点和水压试验效果。