锚固条件下煤系地层裂隙岩体蠕变力学特性研究

为探究煤系地层裂隙岩体锚固状态下的蠕变特性,开展不同裂隙倾角(15°、30°、45°、60°、90°)下裂隙加锚试件、裂隙无锚试件、完整试件的单轴蠕变试验。试验结果表明:相同应力加载等级时,裂隙无锚试件的瞬时应变量大于完整试件的瞬时应变量,而裂隙加锚试件与完整试件的瞬时应变量之差随着裂隙倾角的增加逐渐减小;随着应力加载等级的增加,各岩石试件的稳态蠕变量也逐级增大;含裂隙试件的稳态蠕变速率随着裂隙倾角增大呈先下降再上升的趋势,但裂隙加锚试件的稳态蠕变速率小于相同应力等级下裂隙无锚试件的稳态蠕变速率;在裂隙倾角较低时,裂隙无锚试件和裂隙加锚试件的裂纹贯通发展规律差异较大;基于CVISC蠕变模型进行参数反演,得出Maxwell和Kelvin相关系数随应力加载等级的变化趋势;采用应力-应变等时曲线法和非稳定流变判别法研究裂隙试件的长期强度变化规律。该研究结果为煤矿巷道长期稳定性分析及锚杆支护方案提供了试验依据。

基于软弱夹层蠕变特性的边坡长期稳定性分析

通过软弱夹层剪切蠕变试验,探究软弱夹层蠕变特性对边坡稳定性的影响,根据Cvisc蠕变本构模型拟合试验曲线,并采用有限差分数值计算方法对含软弱夹层边坡进行蠕变计算,分析了边坡长期位移和剪应变增量的变化。结果表明,软弱夹层具有典型的蠕变特性;采用Cvisc模型进行数值计算得到的结果较符合实际监测数据;软弱夹层的蠕变特性不仅使位移量值增加,也使边坡整体位移分布形式和方向发生显著变化,且坡顶和坡中位移值较大;坡体剪应变增量经历了出现、扩展到趋于稳定的过程。

考虑岩土蠕变特性的边坡长期稳定性研究

基于FLAC3D的Cvisc模型,采用考虑岩土蠕变特性的强度折减法对十堰某建筑场地边坡进行稳定性计算,得到了监测点在不同折减系数下的蠕变曲线。对蠕变曲线的位移变化规律进行分析,确定了边坡工程的长期稳定性系数。与传统强度折减法进行比较,结果表明:考虑岩土体蠕变特性时的边坡稳定性系数为1.18,不考虑岩土体蠕变特性的边坡稳定性系数为1.30,说明岩土体蠕变特性不利于边坡的长期稳定,建议采用稳定性系数1.18作为边坡支护的设计参数。

石膏矿房矿柱长期稳定性数值模拟研究

研究矿房矿柱在上覆岩层荷载作用下的长期稳定性对于保证石膏矿安全生产具有重要意义。运用FLAC3D软件粘弹塑性本构模型(cvisc模型),对石膏矿房矿柱的长期稳定性进行了数值模拟研究。结果表明:巷道开挖后,顶底板移近量随着时间的延长而增加,最终趋于稳定;模拟10年内矿房顶底板移近量最大达到185.368 mm,两帮最大达到67.734 mm,但整体来说矿房变形量相对较小;模拟矿柱所受最大垂直应力,计算得到矿柱安全系数为1.84;矿房矿柱能够保持长期稳定。研究结果对类似条件下矿房矿柱的合理设计和稳定性分析具有重要指导意义。

锦屏深埋长大引水隧洞围岩蠕变特性仿真分析

针对锦屏二级水电站深埋长大引水隧洞围岩蠕变特性研究,对锦屏二级水电站的板岩进行了长达两个月的长期剪切流变试验。应用FLAC3D软件中粘弹塑性本构模型(Cvisc模型),对模拟结果进行分析,隧洞开挖后,围岩变形和应力均迅速变化,持续50天左右,围岩变形趋于某一稳定值,隧洞断面收缩量达3.5%左右,说明隧洞板岩具有硬质和完整的结构,其变形量不大,围岩变形均随时间增长而逐渐趋于收敛状态。

全风化花岗岩力学性能试验及蠕变参数反演

以贵广线东科岭隧道为工程背景,开展了全风化花岗岩的常规力学性能试验和单轴压缩蠕变试验,并通过基于遗传算法的位移反分析,得到不同含水率条件下的蠕变参数。通过蠕变模型辨识,引入摩尔库仑塑性元件,将其与黏弹性Burgers模型串联起来,建立了六元件黏弹塑性Cvisc蠕变本构模型,得到了全风化花岗岩单轴蠕变数值曲线。

软基拼宽引发邻近桩基病害分析及处治方案

针对软基拼宽及地铁施工扰动引起邻近既有桥梁桩基病害的实际工程问题,在FLAC^(3D)软件中建立三维模型,充分考虑软土的蠕变特性和桩土间的相互作用,采用黏弹塑性Cvisc本构模型模拟各近接工程施工及桩基病害发展的全过程.在与现场实测数据对比验证后,进一步分析在不同施工工况下桩身位移与内力的响应,定量判断桥梁桩基桩身的病害情况,为后续加固设计提拱依据.计算结果表明,病害的主要原因是软基拼宽后引起淤泥层长时间的水平向蠕变,使邻近刚性桩上水平推力大增,最终导致破坏.结合工后变形尚未稳定且桥梁桩基紧邻地铁隧道的实际情况,提出桩基主动托换的病害整治方案,并进行数值模拟.

考虑基岩蠕变特性的重力坝深层抗滑稳定性分析

对于坝址岩性软弱的重力坝,其基岩的蠕变特性导致地基应力随时间不断调整,目前采用的弹塑性计算无法得到坝体的长期深层抗滑稳定性。通过典型算例,分别采用基于Cvisc模型的考虑蠕变的强度折减法以及常规的弹塑性强度折减法进行深层抗滑稳定计算,并对结果进行比较。结果表明,考虑基岩的蠕变特性时,重力坝的深层抗滑稳定安全系数偏小,而坝体失稳时的特征点位移值偏大。当重力坝的基岩较软,蠕变特性较明显时,必须充分考虑基岩的蠕变特性对坝体深层抗滑稳定性的影响。

蠕变作用下洞径对大埋深软岩盾构隧道力学特性研究

为解决大埋深软岩盾构隧道衬砌结构的稳定性问题,依托广佛环线广州南站至白云机场段工程段盾构隧道工程,采用YSJ-01-00岩石三轴压缩流变试验机对泥质砂岩试样进行了室内蠕变试验,确定了数值模拟中Cvisc模型描述隧道泥质砂岩的蠕变特性的适用性;采用数值模拟对围岩蠕变作用下大埋深软岩盾构隧道力学特性展开了探究,结果表明:蠕变过程分为逐渐衰减和稳定蠕变两个阶段,围岩蠕变会造成内力值、弯矩以及应力值增加,从而使盾构隧道管片结构变形更加严重;当洞径不同时,其产生的围岩蠕变过程中,弯矩值、轴力值、变形值、应力值的变化趋势基本相同;如果洞径持续增大,其周边的岩石产生的压力更加明显,尤其集中体现在衬砌结构(管片)上,衬砌变形程度也更大;管片衬砌外侧接触压力与洞径成正比,同时拱腰处的接触压力所受到的影响相对较大。研究结果可为大埋深软岩盾构隧道的设计和施工提供指导。

岩石蠕变特性试验研究

针对大安山煤矿+550水平西二石门围岩蠕变变形严重的问题,采用室内蠕变试验与理论分析相结合的方法研究岩石蠕变特性。选取泥质粉砂岩作为软岩试样,通过自制三轴蠕变仪对所取岩样进行恒围压分级增轴压的三轴压缩蠕变试验,结果表明:随应力水平的提高,起始蠕变速率增大,进入稳态蠕变阶段用时延长,稳态蠕变速率从0h-1增大到3.12e-4·h-1,瞬时应变以线性关系增加,围压9MPa条件下的起始蠕变应力阈值为6MPa,当应力水平超过岩石长期强度时出现加速蠕变。基于蠕变试验规律,考虑起始蠕变应力阈值,将一种可用阶跃函数表示的开关元件与广义K体并联,并引入损伤元件对CVISC蠕变模型进行改进。采用1st-Opt中的Levenberg-Marquardt+通用全局优化法计算蠕变参数并进行反演。反演结果表明理论曲线与试验曲线的吻合效果较好,证明了所建模型的合理性。上述研究成果可为岩石工程的长期稳定性分析提供试验和理论依据。