强夯作用下回填砂土挡墙墙后土压力分布研究

挡土墙墙后土压力分布是墙体形状及配筋设计的重要依据,为研究强夯作用下挡墙墙后土压力分布规律,开展了自重、堆载及强夯荷载下的挡土墙物理模型试验,通过不同深度的土压力监测,分析了夯击落距和夯击次数对墙后土压力分布的影响,重点分析了强夯冲击松动区的影响,并基于等效静力法修正了强夯作用下墙后土压力理论计算公式。结果表明:单次夯击作用下墙后土压力瞬间增大至极值后逐渐衰减至稳定,随着夯击次数的增多,土体逐渐密实,相应的墙后土压力会逐次增加;浅部土体在强夯作用下会形成冲击松动区,松动区内土体变得松散从而土压力值较小,而松动区下部土压力随深度迅速增大后再减小,呈“鼓肚”状非线性分布;松动区土体重度、松动区厚度尤其是后者对于墙后土压力理论分布曲线影响较大,考虑松动区影响的墙后土压力等效静力法修正理论公式更符合实际情况。

基于倾斜滑裂面假设的浅埋盾构隧道松动土压力研究

随着地铁建设的快速发展,隧道上方松动土压力的计算成了隧道工程领域的研究热点,而隧道松动区的确定对松动土压力的计算至关重要。为简便而准确地确定松动区的范围,首先假设松动区的边界为倾斜直线,然后基于Mohr-Coulomb破坏准则并考虑隧道尺寸、埋深等因素的影响推导滑裂角计算式,进而确定隧道周围地层的松动区范围。最后结合松动区土体主应力轴旋转理论以及倾斜滑裂面的假设,推导出滑裂面上的侧压力系数以及隧道松动土压力的计算式。结果表明:滑裂角随土体内摩擦角的增大而增大,随隧道埋深比的增大先减小然后趋于稳定;大主应力轨迹线为圆弧时计算更为简便、更易推广,可采用圆弧形大主应力轨迹的假设计算隧道松动土压力;松动土压力计算式所得结果和实际的试验结果吻合较好,因此该计算式可应用于砂土地质条件下浅埋盾构隧道上方的松动土压力计算。

隧道原位扩建施工力学与围岩松动圈演变规律:以广西贺州—巴马高速公路廷心隧道原位扩建工程为例

交通量的激增导致的早期建成的高速公路隧道已不能满足通行需求,通过高速公路原位改扩建形式来解决这个问题。但是目前在隧道原位扩建时的围岩松动圈演变规律、应力重分布规律还不明确,常常会导致大变形甚至塌方等安全事故、工程质量等诸多问题。针对隧道原位扩建施工力学与围岩松动圈演变规律,采用离散元软件GDEM建立新建两车道、三车道及四车道的模型和“两扩三”及“两扩四”的隧道模型,并模拟结果与现场应力监测分析定性对比验证,开展公路隧道原位扩建施工力学行为与围岩松动圈展开研究。结果表明:围岩应力大小顺序为拱顶<拱腰<拱脚,开挖宽度增加或者围岩等级的降低会导致围岩应力增大;在相同开挖宽度下,新建隧道的围岩应力小于原位扩建隧道;隧道围岩的松动圈随着围岩等级的降低而逐渐扩大,其形态由“点”形扩大为“耳”形,再扩大为“蝶”形;当围岩等级相同,新建隧道围岩松动圈范围小于扩建隧道的围岩松动圈范围。扩建隧道施工会使围岩从原来多次应力重分布的基础上再进行多次应力重分布,而这种应力的复杂演变将导致了新建隧道和扩建隧道的应力、应变场将完全不同,同时扩建隧道导致原本已经处于稳定状态的围岩松动圈再次向外扩张。

断层影响下掘进巷道稳定性分析

为了提高断层影响下掘进巷道的稳定性,基于巷道左帮、右帮、顶板位置的钻孔窥视结果,确定了2 m松动圈范围。随后对断层破坏带区域进行注浆加固,配合永久支护方案,将锚杆锚固力从30 kN提升至90 kN,顶板下沉量得到有效控制,解决了掘进面过断层存在的问题。

巷道围岩松动圈形成机理的动静力学解析

考虑巷道围岩在开挖过程中的动静力作用,提出了围岩松动区包含破碎区和塑性软化区两个部分。首先在围岩的瞬间卸载所产生的动力作用下,巷道周边围岩产生张拉裂隙破坏区,随后在原岩应力的静压作用下,产生拉剪复合破坏形成破碎区。塑性软化区是在原岩应力的静压作用下,随围岩变形的增大逐渐形成的。同时,根据弹性力学知识,得到巷道围岩由于开挖扰动和原岩应力作用引起的弹性应力场和位移场,提出了破碎区半径的求解方法。根据破碎区围岩应力的分布及残余强度理论,得到破碎区对塑性软化区的支撑反力,再利用塑性区的应力计算公式,得到了确定围岩松动区半径的计算公式。通过实例计算与实际监测对比表明,松动区的半径与现场实际观测到的结果吻合的较好。

三峡工程船闸高边坡岩体松动区及其性状

根据观测试验资料和有限元计算结果，研讨了三峡船闸高边坡岩体因开挖卸荷及应力调整而产生的松动区和性状劣化的规律，从而为研究边坡的稳定性及加固方案提供了重要依据。

基于颗粒流椭球体理论的隧道极限松动区与松动土压力

砂土地层中隧道所受土压力与土拱效应及松动区的发展密切相关,而砂土地层拱效应大小又与砂土颗粒流动规律相关。基于颗粒流椭球体理论,提出了砂土中隧道松动区的计算方法,并对Terzaghi松动土压力计算公式进行了改进。研究表明:与Terzaghi土柱理论假定的直立滑动面不同,基于颗粒流的砂土隧道松动区为细长的椭圆或该椭圆的一部分,且其形状及大小随偏心率、松动系数而变化,即随砂土颗粒形状、级配、密实度等地层特性而变化;松动区竖直滑移面上的侧压系数是小于Terzaghi的建议值。最后,通过与相关文献的离心模型试验结果进行了对比分析,验证了该方法的合理性,该成果可用于砂性地层中深埋地下管道和隧道的垂直土压力的计算。

隧道分部开挖的围岩松动区演变分析

以乌蒙山二号四线铁路隧道为工程背景,通过数值模拟手段对比研究分部开挖与一次成洞的松动区形态和大小差异,再结合现场测试结果,分析隧道分部开挖的松动区演变规律。结果表明:一次成洞松动区范围要普遍大于多部开挖的最终松动区范围,最大径向松动深度高出12.6%,最小径向松动深度高出41.2%;在松动区分布形态上,一次成洞表现为左右基本对称,多部开挖具有一定的不对称性,且多部开挖基本是从拱顶到边墙部位依次减小,而一次成洞则呈"拱顶>拱脚>拱肩>边墙"的分布形式。多部开挖时,先挖部分的松动区随着后续开挖部的推进有所增加,后挖部对先挖部的影响表现为:"上下关系"强于"左右关系";另一方面,左右对称位置后挖侧松动区略大于先挖侧,说明先挖部对后挖部亦有劣化作用;其最终松动区是各开挖部相互影响和发展的结果,体现过程相关性。

洞室跨度对围岩分类影响探讨

随着大跨度地下工程日益增多,跨度对围岩分类或岩体质量分级的影响越来越受到人们的重视。通过对节理岩体中洞室支护代价、塑性松动区半径和岩体宏观力学参数尺寸效应的分析,根据洞室跨度增加导致围岩稳定程度降低的情况,强调重视围岩分类中洞室跨度因素的影响,并建议通过研究岩体强度等物理力学指标的尺寸效应,在围岩分类中科学地考虑洞室跨度的影响。

巷道围岩松动圈预测的进化神经网络法

针对简单遗传算法收敛速度慢、易早熟的缺点,从编码、初始群体生成及遗传算子等方面对其进行了改进,提出了一个收敛速度快、性能良好的算法,并通过仿真实验证明了该算法的性能。把该算法用于神经网络的结构及学习参数的进化学习,建立了一个进化神经网络模型。最后,用该模型对巷道围岩松动圈厚度进行了预测研究,结果证明,该进化神经网络模型拟合性能及推广预测性能均令人满意。

巴昆水电站发电洞开挖松动区岩体弹性模量测试与研究

为评价马来西亚巴昆水电站发电洞开挖质量,确定支护方案,进行稳定性分析,利用钻孔声波法对洞室开挖松动区进行测试。提供围岩松动圈厚度和岩体动、静弹性模量值等参数,讨论利用岩体动、静弹性模量对比关系求取静弹性模量值的可行性,分析围岩松动圈分布规律,发现岩体松动区受爆破影响结果比较严重,岩体力学性状明显弱化,主要受岩性控制。

考虑松动区内应力分布形式的松动土压力研究

传统土拱效应理论是基于松动区内土体应力均匀分布这一基本假定建立的,然而由于松动区内部主应力轴偏转的影响,实际情况下松动区内部的土体应力分布往往是非均匀的。针对这一情况,在太沙基松动土压力分析模型的基础上,通过假定3种不同形状的大主应力轨迹线,考虑了松动区内应力分布形式对松动土压力的影响,对传统太沙基松动土压力公式进行了修正,并与离散元数值模拟结果进行了对比验证。研究结果表明:当土体达到极限平衡状态时,松动区内部竖向应力与水平向应力分别呈上凹式分布和上凸式分布,松动区中轴线上侧向土压力系数等于被动土压力系数;采用不同形状的大主应力轨迹线进行计算所得应力分布之间的差异在10%以内,且均与离散元数值模拟结果吻合良好,从而验证了修正解的有效性。为计算方便起见,推荐相关工程中采用圆弧形大主应力轨迹线假定进行计算。

深部采场开采扰动下巷道围岩松动圈演化规律研究

深部开采过程中,经常会遇到采场周边巷道围岩支护失效、巷道破坏等问题。为改善支护效果,采用声波测试技术研究阿舍勒铜矿深部采场开采过程中的巷道围岩损伤规律,着重分析与采场不同距离处巷道围岩损伤程度的差异。结果表明:深部采场开采扰动对周边巷道围岩松动圈厚度有明显影响,随着开采扰动次数增加,各测孔处的巷道围岩损伤均出现了不同程度增长;采场开采过程中,随着与采场距离的增大,开采扰动对岩体的损伤逐渐减小。阿舍勒铜矿深部采场开采下盘应力集中区距下盘采场边界距离为20~25 m;距离采场下盘最终边界25 m处的测孔开采扰动累积损伤增量小于开采前损伤量的20%。采场开采扰动前,巷道围岩松动圈与巷道位置无关,阿舍勒铜矿50 m中段巷道围岩松动圈厚度为1.4~1.7 m;开采扰动后,采场附近巷道围岩松动圈厚度为1.6~2.0 m。研究成果对于改善矿井支护效果、降低支护成本有一定的参考价值。

爆破破岩过程中的动态卸载效应探讨

以瞬态载荷作用下弹性介质中球形空腔的动态响应解析解为基础,分析了爆炸载荷动态卸载时对介质中应力分布的影响,探讨了动态卸载效应在爆破破岩过程中的作用,并对爆破工程实践中的一些现象作了合理地解释,指出了深入研究动态卸载效应的必要性。

厚煤层沿空巷道主动式超前支护技术与实践

我国煤矿回采工作面综合机械化水平显著提高并向自动化、少人化与智能化发展,在保障煤炭回采安全性与生产效率的同时,对两巷超前段支护模式提出了新的要求。以枣庄矿区高庄煤矿3_(上)705不规则工作面辅助运输巷为研究对象,提出了厚煤层沿空巷道主动式超前支护技术思路:巷道掘进期间,基于围岩结构松动圈发育规律对巷道围岩质量进行评估,并结合巷道地质条件设计锚杆(索)主动式超前支护技术参数;工作面回采期间,对试验巷道的矿压显现规律进行动态监测,对围岩松动圈发育程度进行量化分析,验证支护思路的技术可行性。工程应用结果表明:巷道顶板最大移近量为137 mm,两帮最大移近量为452 mm,锚索受力变化量最大为56 kN;主动式超前支护可显著提高围岩结构完整性。该主动式超前支护技术一方面确保了高庄煤矿3上705工作面回采期间安全,降低了工人劳动强度,并对类似条件下回采巷道超前段支护模式选择具有参考价值;另一方面进一步完善与丰富了煤矿智能化开采技术内涵,利于实现煤炭资源的安全高效可持续开发。

反向VSP透射层析成像法在岩墙松动层检测中的应用

通过实例介绍了反向VSP透射层析成像方法的基本原理、数据采集和资料处理方法。利用该方法在检测岩墙松动层厚度中取得了很好的勘探效果。

翔安海底隧道爆破开挖围岩松动圈数值模拟及测试分析

结合翔安海底隧道的工程实践,运用FLAC3D软件对爆破后松动圈进行了数值模拟研究,采用超声测井探测方法,对隧道中极具代表性的A1标F4风化槽段围岩松动圈进行了测试分析,将其结果与数值模拟进行对比分析,表明数值模拟结果与现场测试结果规律具有一致性。研究结果为围岩松动圈支护参数的确定提供了依据和指导。

松动圈对隧道围岩地震动力响应的影响

为了实现对埋深的模拟,考虑振动台的载重量,设计并制作了一套质量较轻的柔性伺服气压加载系统.分别开展了考虑和不考虑松动圈的振动台模型试验,同时建立了相应工况的隧道动力计算数值模型,将试验结果与数值计算结果进行了对比.模型试验数据与数值模拟结果规律较为一致,且反映了松动圈的动力响应影响,表明采用柔性加载来模拟埋深产生的地应力的方法是可行的.结果表明:在一定埋深条件下,隧道结构的自身振动特性表现不明显;松动圈的存在增大了隧道结构和周围岩体的加速度响应,从而使结构破坏程度更为严重;无论有无松动圈,结构整体的动力响应规律相似.松动圈对隧道结构地震动响应的不利影响可以归结为松动圈与围岩交界面发生地震波的折射和反射以及松动圈相比于围岩较软弱,地震时更容易发生局部变形这2个因素.

渗透变形过程中临空面表层土体渗透特性变化试验研究

在堤基管涌发展机制的研究中,需考虑管涌通道四周破坏扰动松散层的影响。目前针对松散层渗透特性变化的定量试验数据较少。基于此,通过一维垂直向上渗流作用下均匀砂的渗透试验来研究临空面表层土体的松散过程和渗透特性变化情况。砂样垂向渗透变形发展过程中伴随着临空面表层土体松散破坏和松散层逐渐向深部扩展的过程。通过分析砂样沿程水头分布的调整变化情况得知,松散表层土体的渗透系数分布呈突变形式,即临空面松散薄层的渗透系数远大于其下松散砂层的渗透系数。由此类推,管涌通道边壁四周松散薄层的渗透系数远大于砂样整体渗透系数,松散层的存在使得管涌通道尖端坡降并不会达到很大值。这一点认识对管涌发展机制的研究至关重要。

声波测试技术在巷道围岩松动区测定中的应用

为了解决黄陵二矿巷道开挖过程中根据围岩松动圈的变化对支护长度进行调整的问题,对声波测试技术进行简要的理论分析,认为单孔折射法适合于巷道围岩松动圈的测定。围岩的破碎程度是研究巷道围岩稳定性的重要内容,依据据声波测试的基本原理,利用声波测试仪RSM-SY5N,在不同钻孔深度位置测出岩石的弹性波速度,改变探头深度并读取弹性波速度,直至波速不再改变为止;做出深度-波速曲线,根据测得的波速值的变化分析得到松动圈数值的大小并通过监测数据的提取找出声波测试存在的问题。