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Zonal disintegration phenomenon in enclosing rock mass surrounding deep tunnels——Elasto-plastic analysis of stress field of enclosing rock mass 被引量:10
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作者 WU Hao FANG Qin ZHANG Ya-dong GONG Zi-ming 《Mining Science and Technology》 EI CAS 2009年第1期84-90,共7页
The zonal disintegration phenomenon (ZDP) is a typical phenomenon in deep block rock masses. In order to investigate the mechanism of ZDP, an improved non-linear Hock-Brown strength criterion and a bi-linear constit... The zonal disintegration phenomenon (ZDP) is a typical phenomenon in deep block rock masses. In order to investigate the mechanism of ZDP, an improved non-linear Hock-Brown strength criterion and a bi-linear constitutive model of rock mass were used to analyze the elasto-plastic stress field of the enclosing rock mass around a deep round tunnel. The radius of the plastic region and stress of the enclosing rock mass were obtained by introducing dimensionless parameters of radial distance. The results show that tunneling in deep rock mass causes a maximum stress zone to appear in the vicinity of the boundary of the elastic and the plastic zone in the surrounding rock mass. Under the compression of a large tangential force and a small radial force, the rock mass in the maximum stress zone was in an approximate uniaxial loading state, which could lead to a split failure in the rock mass. 展开更多
关键词 enclosing rock mass around deep tunnels zonal disintegration equivalent material Hoek-Brown strength criterion
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Reducing risk in long deep tunnels by using TBM and drill-and-blast methods in the same project-the hybrid solution 被引量:2
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作者 Nick Barton 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 2012年第2期115-126,共12页
There are many examples of TBM tunnels through mountains, or in mountainous terrain, which have suffered the ultimate fate of abandonment, due to insufficient pre-investigation. Depth-of-drilling limitations are inevi... There are many examples of TBM tunnels through mountains, or in mountainous terrain, which have suffered the ultimate fate of abandonment, due to insufficient pre-investigation. Depth-of-drilling limitations are inevitable when depths approach or even exceed l or 2 km. Uncertainties about the geology, hydro-geology, rock stresses and rock strengths go hand-in-hand with deep or ultra-deep tunnels. Unfortunately, unexpected conditions tend to have a much bigger impact on TBM projects than on drill-and-blast projects. There are two obvious reasons. Firstly the circular excavation maximizes the tangential stress, making the relation to rock strength a higher source of potential risk. Secondly, the TBM may have been progressing fast enough to make probe-drilling seem to be unnecessary. If the stress-to-strength ratio becomes too high, or if faulted rock with high water pressure is unexpectedly encountered, the "unexpected events" may have a remarkable delaying effect on TBM. A simple equation explains this phenomenon, via the adverse local Q-value that links directly to utilization. One may witness dramatic reductions in utilization, meaning ultra-steep deceleration-of-the-TBM gradients in a log-log plot of advance rate versus time. Some delays can be avoided or reduced with new TBM designs, where belief in the need for probe-drilling and sometimes also pre-injection, have been fully appreciated. Drill-and-blast tunneling, inevitably involving numerous "probe-holes" prior to each advance, should be used instead, if investigations have been too limited. TBM should be used where there is lower cover and where more is known about the rock and structural conditions. The advantages of the superior speed of TBM may then be fully realized. Choosing TBM because a tunnel is very long increases risk due to the law of deceleration with increased length, especially if there is limited pre-investigation because of tunnel depth. 展开更多
关键词 tunnel boring machine (TBM) rock strength deep tunnels tangential stress pre-injection Q-values UTILIZATION risk
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Elasto-plastic analysis of the surrounding rock mass in circular tunnel based on the generalized nonlinear unified strength theory 被引量:4
3
作者 Huang Xiujie Zhang Jixun +2 位作者 Yang Ling Yang Shikou Wang Xingli 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CSCD 2016年第5期819-823,共5页
The present paper aims to establish a versatile strength theory suitable for elasto-plastic analysis of underground tunnel surrounding rock. In order to analyze the effects of intermediate principal stress and the roc... The present paper aims to establish a versatile strength theory suitable for elasto-plastic analysis of underground tunnel surrounding rock. In order to analyze the effects of intermediate principal stress and the rock properties on its deformation and failure of rock mass, the generalized nonlinear unified strength theory and elasto-plastic mechanics are used to deduce analytic solution of the radius and stress of tunnel plastic zone and the periphery displacement of tunnel under uniform ground stress field. The results show that: intermediate principal stress coefficient b has significant effect on the plastic range,the magnitude of stress and surrounding rock pressure. Then, the results are compared with the unified strength criterion solution and Mohr–Coulomb criterion solution, and concluded that the generalized nonlinear unified strength criterion is more applicable to elasto-plastic analysis of underground tunnel surrounding rock. 展开更多
关键词 Circular tunnel Generalized Hoek–Brown strength criterion Generalized nonlinear unified strength criterion Intermediate principal stress Elasto-plastic stress and displacement
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Experimental study on the mechanical and failure behaviors of deep rock subjected to true triaxial stress:A review 被引量:32
4
作者 Heping Xie Jun Lu +2 位作者 Cunbao Li Minghui Li Mingzhong Gao 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第5期915-950,共36页
It has become an inevitable trend of human development to seek resources from the deep underground.However,rock encountered in deep underground engineering is usually in an anisotropic stress state(σ_(1)>σ>σ_... It has become an inevitable trend of human development to seek resources from the deep underground.However,rock encountered in deep underground engineering is usually in an anisotropic stress state(σ_(1)>σ>σ_(3))due to the influences of geological structures and engineering disturbances.It is therefore essential to study the mechanical,seepage,and dynamic disaster behaviors of deep rock under true triaxial stress to ensure the safe operation of deep rock engineering and the efficient exploitation of deep resources.In recent years,experimental techniques and research on true triaxial rock mechanics have achieved fruitful results that have promoted the rapid development of deep rock mechanics;thus,it is necessary to systematically review and summarize these developments.This work first introduced several typical true triaxial testing apparatus and then reviewed the corresponding research progress on rock deformation,strength,failure mode,brittleness,and energy as well as the 3D volumetric fracturing(dynamic disaster)properties of deep rocks under true triaxial stress.Then,several commonly used true triaxial rock strength criteria and their applicability,the permeability characteristics and mathematical models of deep reservoir rocks,and the disaster-causing processes and mechanisms of disturbed volumetric fracturing(rockburst,compound dynamic disasters)in deep rock engineering were described.This work may provide an essential reference for addressing the true triaxial rock mechanics issues involved in deep rock engineering,especially regarding the stability of surrounding rock at depth,disaster prevention and control,and oil and gas exploitation. 展开更多
关键词 True triaxial stress deep rock mass Mechanical properties strength criterion Permeability characteristics Dynamic disaster
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考虑损伤效应的二向不等压深埋圆形隧道弹塑性统一解
5
作者 杨益 施成华 +3 位作者 郑可跃 雷明锋 贾朝军 娄义黎 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期2650-2662,共13页
为了研究二向不等压地应力环境下深埋圆形隧道损伤后的力学响应问题,通过考虑深部围岩的损伤效应,基于统一强度理论建立二向不等压深埋圆形隧道弹塑性解,依托华丽高速东马场隧道验证解的准确性和适用性;研究损伤效应和中间主应力对围岩... 为了研究二向不等压地应力环境下深埋圆形隧道损伤后的力学响应问题,通过考虑深部围岩的损伤效应,基于统一强度理论建立二向不等压深埋圆形隧道弹塑性解,依托华丽高速东马场隧道验证解的准确性和适用性;研究损伤效应和中间主应力对围岩应力分布和变形的影响,并探讨不同侧压力系数、剪胀系数和支护反力下深埋圆形隧道围岩的损伤程度。研究结果表明:二向不等压深埋圆形隧道开挖后,围岩峰后的损伤效应会加剧隧道的挤压变形,考虑损伤效应的变形计算结果与现场实测结果更接近;中间主应力能提高围岩的承载能力,抑制隧道的挤压变形,不考虑中间主应力会高估隧道的变形潜势;侧压力系数决定围岩损伤区的形状和大小,施工时应根据围岩不同位置的损伤程度对关键变形部位进行注浆加固;剪胀系数越大,围岩的损伤程度越大,损伤区的范围越大;支护反力能抑制围岩的损伤效应,在实际工程中需及时施作支护约束围岩变形,以改善围岩的受力情况。 展开更多
关键词 二向不等压 损伤效应 深埋圆形隧道 统一强度理论
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考虑围岩膨胀特性的深埋圆形隧道弹塑性统一解
6
作者 沈英男 徐永涛 《北京交通大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期100-108,共9页
针对隧道及地下工程中围岩吸水膨胀导致应力与位移场变化难以量化的问题,基于弹塑性与湿度应力场理论,采用统一强度理论与非关联流动法则,推导考虑中间主应力效应与围岩吸水膨胀特性的深埋圆形隧道弹塑性统一解.首先,结合考虑湿度变化... 针对隧道及地下工程中围岩吸水膨胀导致应力与位移场变化难以量化的问题,基于弹塑性与湿度应力场理论,采用统一强度理论与非关联流动法则,推导考虑中间主应力效应与围岩吸水膨胀特性的深埋圆形隧道弹塑性统一解.首先,结合考虑湿度变化的平衡方程与本构方程,获得围岩弹性状态下的应力与位移解;然后,提出围岩弹塑性状态的判定方法,并基于统一强度理论推导围岩塑性状态下的解析解;最后,通过算例对比分析验证本文所推统一解的准确性,并进一步探究中间主应力、湿度膨胀系数以及含水率变化对围岩应力场与塑性区半径的影响规律,研究结果表明:本文与已有文献所求塑性区半径偏差仅为0.136%,验证了本文所推统一解的合理性;在所提供支护抗力相同的前提下,考虑围岩膨胀特性计算所得塑性区半径扩大,弹-塑性界面的环向应力增加,考虑围岩膨胀特性所得塑性区半径与环向应力是不考虑膨胀特性的1.06倍;当统一强度理论参数从0.0增加到1.0时,弹-塑性界面的环向应力增幅为6.6%,塑性区半径降幅为13.9%,隧道洞壁位移降幅为16.0%;当湿度膨胀系数分别取值0.00与0.10时,由于湿度膨胀系数影响引起的弹-塑性界面环向应力与塑性区半径增量分别达17.98%与27.4%;当最大含水率从0.00增加到0.06时,弹-塑性界面的环向应力增幅为16.9%,塑性区半径增幅为23.1%,隧道洞壁位移增幅为100%.研究成果可为膨胀岩隧道结构设计提供理论依据. 展开更多
关键词 深埋隧道 膨胀应力 湿度场 统一强度理论 弹塑性解
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An analytical solution to wellbore stability using Mogi-Coulomb failure criterion 被引量:6
7
作者 Aditya Singh K.Seshagiri Rao Ramanathan Ayothiraman 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2019年第6期1211-1230,共20页
Deep wellbores/boreholes are generally drilled into rocks for oil and gas exploration,monitoring of tectonic stresses purposes.Wellbore and tunnel in depth are generally in true triaxial stress state,even if the groun... Deep wellbores/boreholes are generally drilled into rocks for oil and gas exploration,monitoring of tectonic stresses purposes.Wellbore and tunnel in depth are generally in true triaxial stress state,even if the ground is under axisymmetric loading condition.Stability of such wellbores is very critical and collapse of wellbore must be avoided.Mogi-Coulomb failure criterion is a better representation of rock strength under true triaxial condition.In this paper,an analytical solution is proposed using Mogi-Coulomb failure criterion.The solution is obtained for rock mass exhibiting elastic-perfectly plastic or elastic-brittle-plastic behaviour considering in-plane isotropic stresses.The proposed solution is then compared with exact analytical solution for incompressible material and experimental results of thickwall cylinder.It is shown that the results obtained by the proposed analytical solution are in good agreement with the experimental results and exact analytical solution.A reduction of about 13%e20%in plastic zone from the proposed closed-form solution is observed,as compared to the results from the finite element method(FEM)based Mohr-Coulomb criterion.Next,the influences of various parameters such as Poisson’s ratio,internal pressure(mud weight),dilation angle,and out-of-plane stress are studied in terms of stress and deformation responses of wellbore.The results of the parametric study reveal that variation in the out-of-plane stress has an inverse relation with the radius of plastic zone.Poisson’s ratio does not have an appreciable influence on the tangential stress,radial stress and radial deformation.Dilation angle has a direct relation with the deformation.Internal pressure is found to have an inverse relation with the radial deformation and the radius of plastic zone. 展开更多
关键词 Mogi-coulomb criterion Elastic-brittle-plastic Elastic-perfectly PLASTIC Intermediate principal stress Wellbore stability tunnel True TRIAXIAL strength
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深部煤巷围岩三向应力差异梯度致冲机理 被引量:5
8
作者 刘国磊 王泽东 +3 位作者 崔嵛 马秋峰 颜磊 韩玉忠 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期2106-2122,共17页
以深部煤巷围岩为研究对象,针对冲击地压灾害严重、致冲机理研究尚不完善、防冲工程缺少更具针对性指导依据等问题,采用室内试验、数值模拟、理论分析等方法,从三向应力差异角度揭示深部煤巷围岩冲击致灾机理。基于采掘活动扰乱煤岩体... 以深部煤巷围岩为研究对象,针对冲击地压灾害严重、致冲机理研究尚不完善、防冲工程缺少更具针对性指导依据等问题,采用室内试验、数值模拟、理论分析等方法,从三向应力差异角度揭示深部煤巷围岩冲击致灾机理。基于采掘活动扰乱煤岩体三向等压状态导致围岩破坏的特点,通过PFC模拟试验和理论推导研究了不同应力路径下的煤体单元体响应特征,得到单元体失稳的应力差异判据,进一步提出煤巷围岩应力差异梯度D_(g)和应力差异梯度变化率D_(gc)的概念,基于Drucker-Prager准则分析了巷道围岩D_(g)演化特征,进而得到巷帮煤体D_(g)集中致冲的作用机理,并结合冲击地压事故案例进行分析验证。结果表明:煤体的应力差异承受能力随着应力路径的不同而存在显著差异;围岩应力演化的目标是D_(g)峰值降至极小值,围岩的破坏和屈服是D_(g)驱动作用的结果;围岩内应力差异梯度D_(g)随埋深增大和煤层冲击倾向性等级升高而增长,体现出明显的“上升—跌落—下降”梯度性质;D_(gc)表征围岩内D_(g)集中程度,D_(g)升高区煤体在应力扰动作用下,满足D_(gc)0<D'gc<k1D_(gc)0时发生较稳定的变形、位移,满足k1D_(gc)0≤D'gc<[D_(gc)]时发生较稳定的整体失稳,满足D'gc≥[D_(gc)]时发生冲击地压;巷帮煤体冲击是围岩变形、破坏的一种极端演化形式;防冲机制应以弱化围岩D_(g)水平为核心,以D_(gc)控制为主要着力点。 展开更多
关键词 应力差异梯度 深部开采 煤巷围岩 冲击机理 冲击地压
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基于松动圈理论的软岩大变形隧道锚杆支护优化研究 被引量:4
9
作者 王睿 张煜 +3 位作者 黄晓东 邓祥辉 袁岽洋 丁潇 《土木与环境工程学报(中英文)》 CSCD 北大核心 2023年第4期74-82,共9页
在高地应力软岩区修建隧道时,由于软岩自身强度低、膨胀性强,又受高地应力挤压,若施工措施不当易发生软岩大变形,给工程建设带来巨大困难。根据围岩松动圈理论,采用统一强度准则,考虑中间主应力的影响,分析围岩应力状态,得到适用于软岩... 在高地应力软岩区修建隧道时,由于软岩自身强度低、膨胀性强,又受高地应力挤压,若施工措施不当易发生软岩大变形,给工程建设带来巨大困难。根据围岩松动圈理论,采用统一强度准则,考虑中间主应力的影响,分析围岩应力状态,得到适用于软岩大变形隧道围岩松动圈半径计算公式。对安岚高速谢家坡隧道围岩进行弹塑性分析发现,软岩大变形隧道围岩松动圈沿横断面分布并不均匀,呈边墙大拱顶小的趋势,且随大变形级别的升高和支护反力的减小而增大。结合现场测试得到Ⅱ级大变形松动圈厚度拱顶处为6.5~7.0 m,边墙处为7.0~7.5 m;Ⅲ级大变形松动圈厚度拱顶处为7.5~8.0 m,边墙处为8.0~8.5 m,并以松动圈厚度为依据优化系统锚杆长度。对优化段监测可见,围岩变形显著减小,稳定性有效提高。 展开更多
关键词 隧道 锚杆支护 围岩松动圈 统一强度准则 中间主应力
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不同三维应力条件下硬岩巷道围岩的破坏特征及能量分布 被引量:2
10
作者 陶明 赵瑞 +3 位作者 赵华涛 王一清 曹文卓 王少锋 《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第11期3487-3502,共16页
为了研究开挖巷道围岩在不同三维应力条件下的破坏特征,采用TRW3000岩石真三轴电液伺服试验系统对含圆孔花岗岩试件进行三轴加载试验,并利用微型高清摄像系统实时记录圆孔附近的失效过程。结果表明,低应力条件下,圆孔内壁主要发生层裂破... 为了研究开挖巷道围岩在不同三维应力条件下的破坏特征,采用TRW3000岩石真三轴电液伺服试验系统对含圆孔花岗岩试件进行三轴加载试验,并利用微型高清摄像系统实时记录圆孔附近的失效过程。结果表明,低应力条件下,圆孔内壁主要发生层裂破坏;高应力条件下,圆孔周边主要发生岩爆破坏。增加水平方向的应力可以抑制围岩发生岩爆。进一步数值模拟不同应力条件下圆孔周边的应变能密度(SED)演化过程。模拟结果表明,随着水平应力的增加,圆孔周边的SED分布逐渐减小;圆孔周边SED分布与实验记录的损伤分布基本一致,主要表现为蝶形、耳形和环形分布。 展开更多
关键词 深部硬岩巷道 真三轴试验 水平应力差 破坏特征 能量分布
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热力耦合作用下圆形水工隧洞围岩弹塑性解析解 被引量:3
11
作者 孙河林 喻天龙 姜海波 《科学技术与工程》 北大核心 2023年第12期5234-5243,共10页
为研究圆形水工隧洞围岩弹塑性区受力特点,基于Mogi-Coulomb强度准则和弹塑性理论,考虑温度和衬砌结构的影响,推导热力耦合作用下水工隧洞围岩应力、洞壁位移和围岩塑性区半径的解析解。依托新疆某高地温水工隧洞工程进行计算分析,对中... 为研究圆形水工隧洞围岩弹塑性区受力特点,基于Mogi-Coulomb强度准则和弹塑性理论,考虑温度和衬砌结构的影响,推导热力耦合作用下水工隧洞围岩应力、洞壁位移和围岩塑性区半径的解析解。依托新疆某高地温水工隧洞工程进行计算分析,对中间主应力系数、温度、混凝土强度、衬砌厚度和围岩应力分布及塑性区半径间的关系展开参数分析。结果表明:温度变化产生的拉应力会使衬砌结构对围岩支反力减小,围岩塑性区半径和洞壁位移有所增大,隧洞岩体稳定性变差;中间主应力系数b对岩体强度影响较大,b=0.5时围岩塑性区半径明显小于不考虑中间主应力时的塑性区半径;提高混凝土强度和增加衬砌厚度在初始阶段都能明显限制围岩塑性区发展,虽后续效果都不佳,但增大衬砌厚度更能限制围岩塑性区发展。 展开更多
关键词 水工隧洞 Mogi-Coulomb强度准则 热力耦合 塑性区分布 中间主应力系数 衬砌结构
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大凉山地区深埋高地应力公路隧道岩爆机理及防治对策 被引量:2
12
作者 洪富义 李旭哲 +3 位作者 王子 陈诺 梁斌 李文杰 《科学技术与工程》 北大核心 2023年第29期12697-12704,共8页
以乐西高速大凉山2号隧道工程为依托,对大凉山地区深埋高地应力公路隧道岩爆机理及防治对策进行研究。从深埋隧道岩爆孕育力学角度出发,结合能量及应力条件,运用有限元分析软件MIDAS GTS NX分别建立隧道在不同埋深、进深及断面形状的三... 以乐西高速大凉山2号隧道工程为依托,对大凉山地区深埋高地应力公路隧道岩爆机理及防治对策进行研究。从深埋隧道岩爆孕育力学角度出发,结合能量及应力条件,运用有限元分析软件MIDAS GTS NX分别建立隧道在不同埋深、进深及断面形状的三维有限元模型,对围岩应力特征进行比较分析。研究结果表明:从力学角度来看,岩爆的孕育过程是由弹性转换为塑性,并发生在塑性岩体中,周围弹性岩体负责为其提供能量,围岩储存的能量和开挖导致的应力集中分别是岩爆发生的根本条件和触发条件;隧道埋深、进深以及断面形状是影响隧道岩爆的重要因素,其中埋深对其影响最为明显,围岩最大主应力与隧道埋深、开挖进深及断面大小呈正相关性;隧道埋深在600 m左右时,围岩最大主应力达到45.90 MPa。根据强度应力比法,结合施工钻孔取芯参数,最终结果表明大凉山隧道属于极高地应力区,具有发生岩爆的风险,施工时应当采取相关防范措施。 展开更多
关键词 深埋公路隧道 高地应力 岩爆机理 岩爆判据 防治对策
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挤压性围岩隧道大变形机理及分级标准研究 被引量:117
13
作者 刘志春 朱永全 +1 位作者 李文江 刘泮兴 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第5期690-697,共8页
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... 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。 展开更多
关键词 挤压性围岩隧道 大变形 强度应力比 塑性区 分级标准
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不同应力路径下岩石三轴卸荷力学特性与强度准则研究 被引量:42
14
作者 赵国彦 戴兵 +1 位作者 董陇军 杨晨 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第11期3121-3127,3149,共8页
基于3种不同应力路径下花岗岩三轴卸荷试验,研究了岩石的应力-应变全过程曲线和变形特征及其强度准则。试验结果表明,卸围压过程中,侧向应变与围压先呈线性后呈非线性关系,且其增长速率约为轴向应变增长速率的3-5倍,表现出明显的... 基于3种不同应力路径下花岗岩三轴卸荷试验,研究了岩石的应力-应变全过程曲线和变形特征及其强度准则。试验结果表明,卸围压过程中,侧向应变与围压先呈线性后呈非线性关系,且其增长速率约为轴向应变增长速率的3-5倍,表现出明显的侧向扩容,其扩容程度与卸载路径有关;从不同围压与体积应变曲线所围面积可以看出,卸荷前围压越大,卸荷释放的能量越大;变形模量随围压卸载而逐渐减小,且随初始围压增大,总体上呈负指数分布趋势,且同一种卸荷应力路径时,变形模量的减小量随初始围压增大有所增大,泊松比随围压降低而不断增大,两者之间呈现明显的非线性关系;岩石破坏特征以剪切破坏为主;采用幂函数型摩尔强度准则很好反应了岩石的强度特征。研究结果对地下金属矿深部开采具有一定的指导意义和参考价值。 展开更多
关键词 不同应力路径 三轴卸荷试验 变形特征 强度准则
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深埋隧洞开挖围岩应力演化过程监测及特征研究 被引量:30
15
作者 刘宁 张春生 +2 位作者 陈祥荣 侯靖 褚卫江 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第9期1729-1737,共9页
由于TBM掘进不同于钻爆法,其对围岩的损伤程度较轻,不会破坏预埋的空心包体应力计,因此可以在现场预先设计位置埋设空心包体应力计,监测TBM掘进过程中围岩的应力变化。首先利用数值方法计算隧洞开挖后的二次应力分布,分析掌子面效应以... 由于TBM掘进不同于钻爆法,其对围岩的损伤程度较轻,不会破坏预埋的空心包体应力计,因此可以在现场预先设计位置埋设空心包体应力计,监测TBM掘进过程中围岩的应力变化。首先利用数值方法计算隧洞开挖后的二次应力分布,分析掌子面效应以及围岩的起裂强度,初步确定围岩的松弛区和损伤区范围,在此基础上确定空心包体应力计的埋设位置和开始监测的时间。然后通过试验洞向TBM掘进隧洞钻孔的方法在松弛区和损伤区分别预埋空心包体应力计,并监测从应力开始变化到最后趋于稳定的整个过程。监测结果证明掌子面效应的存在,应力变化开始于掌子面前大约1倍的开挖洞径,掌子面后0.5倍洞径范围内是应力调整最剧烈的区域,并利用空心包体应力计针对裂纹扩展的敏感性分析围岩损伤区范围,最后根据应力计的监测成果验证此处围岩的起裂强度,监测成果和数值计算结果比较吻合。本文的研究成果可以为现场确定损伤区范围和岩体的起裂强度提供参考,为支护设计和支护时机的选择提供科学依据。 展开更多
关键词 岩石力学 深埋隧洞 现场监测 空心包体应力计 应力演化 起裂强度
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考虑中主应力和剪胀的深埋圆形隧道黏弹塑性蠕变解 被引量:19
16
作者 余东明 姚海林 +1 位作者 段建新 詹永祥 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第A02期3586-3592,共7页
深埋圆形隧道的开挖支护是与时间相关的复杂力学过程。为了描述这一过程,假设隧道围岩为Burgers体与Drucker-Prager准则组合的黏弹塑性模型。隧道开挖支护完成瞬时围岩表现为弹塑性,此时考虑中主应力的影响,推导出原岩应力和支护反力共... 深埋圆形隧道的开挖支护是与时间相关的复杂力学过程。为了描述这一过程,假设隧道围岩为Burgers体与Drucker-Prager准则组合的黏弹塑性模型。隧道开挖支护完成瞬时围岩表现为弹塑性,此时考虑中主应力的影响,推导出原岩应力和支护反力共同作用下的应力场;随后,假设此应力场保持不变,隧道围岩表现出随时间变化的蠕变性能,进一步推导出深埋圆形隧道考虑剪胀性能的围岩蠕变位移解析式;结合实际算例,分析围岩剪胀角与支护反力对深埋圆形隧道围岩蠕变位移的影响规律。结果表明,剪胀角的变化会对隧道围岩蠕变位移产生较大影响,而支护反力并不能完全控制高地应力作用下的深埋隧道围岩位移随时间的持续增加。 展开更多
关键词 隧道工程 黏弹塑性 中主应力 强度准则 剪胀 蠕变位移 支护反力
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深埋圆形水工隧洞弹塑性应力和位移统一解 被引量:20
17
作者 张常光 胡云世 +1 位作者 赵均海 杨砚宗 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第11期1738-1745,共8页
考虑渗流体积力、中间主应力、主应力顺序、围岩应变软化和剪胀等综合影响,提出深埋圆形水工隧洞弹塑性分析的基本假定。根据假定分别建立施工期和运行期隧洞弹塑性应力和位移统一解,其中运行期又分围岩施工期处于弹性或弹塑性变形两种... 考虑渗流体积力、中间主应力、主应力顺序、围岩应变软化和剪胀等综合影响,提出深埋圆形水工隧洞弹塑性分析的基本假定。根据假定分别建立施工期和运行期隧洞弹塑性应力和位移统一解,其中运行期又分围岩施工期处于弹性或弹塑性变形两种情况。所得统一解具有广泛的适用性,可退化为众多已有成果。通过工程算例分析,得出围岩与衬砌渗透系数比、统一强度理论参数、软化特性参数和剪胀特性参数对隧洞切向应力和位移的影响规律。研究结果表明:各参数对施工期的影响要大于运行期;围岩与衬砌渗透系数比、黏聚力软化特性参数对施工期和运行期隧洞切向应力和位移影响都很显著;考虑中间主应力的影响,可以更加充分发挥围岩的强度潜能;剪胀特性参数对隧洞位移影响明显。 展开更多
关键词 深埋圆形隧洞 统一强度理论 中间主应力 渗流体积力 应变软化 剪胀
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TBM隧道施工期岩爆预测方法探讨 被引量:8
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作者 陈卫忠 马池帅 +1 位作者 田洪铭 杨建平 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第S2期241-249,共9页
针对隧道掘进机(tunnel borring machine,TBM)施工阶段岩爆倾向性指标存在的不足,综合考虑围岩应力状态、岩体完整性、岩石强度、施工扰动等岩爆关键影响因素,提出了一种适用于隧道施工阶段的新型岩爆及时预测方法。首先,细致地分析了... 针对隧道掘进机(tunnel borring machine,TBM)施工阶段岩爆倾向性指标存在的不足,综合考虑围岩应力状态、岩体完整性、岩石强度、施工扰动等岩爆关键影响因素,提出了一种适用于隧道施工阶段的新型岩爆及时预测方法。首先,细致地分析了岩石强度?_c _i、脆性系数?_(ci)/?_t、地质强度指标GSI、开挖扰动系数D和最大地应力?_(max)等施工阶段参数特点,引入Hoek-Brown强度准则估算工程岩体强度,基于工程岩体强度应力比思想,提出新型岩爆预测指标表达式,并给出岩爆的分级界限值。工程实例进一步验证新方法的合理性。文中方法为施工期岩爆预测问题的研究提供了一种新的和切实可行的思路。 展开更多
关键词 隧道掘进机(TBM) 施工阶段 岩爆预测 HOEK-BROWN强度准则 强度应力比
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基于双线性强度准则的黄土隧道围岩弹塑性解析解 被引量:13
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作者 王明年 董宇苍 于丽 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期68-77,共10页
采用室内三轴试验方法,给出黄土的双线性强度准则;基于该强度准则,推导深埋黄土隧道围岩弹塑性应力和位移的解析解,并与数值模拟结果进行对比,验证其合理性;采用解析解,分析支护反力、强度比(Rb/P0)和洞径对围岩应力场、位移场的影响规... 采用室内三轴试验方法,给出黄土的双线性强度准则;基于该强度准则,推导深埋黄土隧道围岩弹塑性应力和位移的解析解,并与数值模拟结果进行对比,验证其合理性;采用解析解,分析支护反力、强度比(Rb/P0)和洞径对围岩应力场、位移场的影响规律。结果表明:黄土强度包络线具有明显双线性特征;隧道开挖后随径向深度增加,围岩径向应力呈逐渐增加趋势,切向应力呈先增大后减小趋势,且增长段具有双线性特征;黄土结构性强度可在一定程度上减少围岩塑性扰动范围,双线性强度准则相比于传统M-C准则更能体现该特性;随强度比增加,塑性区Ⅱ的范围呈减小趋势,而塑性区Ⅲ的半径不变;随强度比增加,塑性区Ⅱ半径逐渐减小而塑性区Ⅲ半径不发生变化;隧道洞周径向位移与强度比呈负相关关系;塑性区半径、隧道洞周径向位移均与开挖半径呈线性正相关关系。 展开更多
关键词 黄土隧道 围岩应力 围岩位移 结构性强度 双线性强度准则 弹塑性 解析解
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基于深埋隧洞围岩反馈分析的摩尔库伦准则优化 被引量:7
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作者 王军磊 张继勋 张道法 《水电能源科学》 北大核心 2018年第4期120-122,119,共4页
传统摩尔库伦准则作为一种线性强度准则并不能准确地描述深部岩体的非线性强度特征。借鉴土工原理经验,基于遗传算法对硬岩围岩参数反分析,利用随围压变化的围岩参数内摩擦角反映深埋岩体的强度非线性行为,优化摩尔库伦准则。在对比遗... 传统摩尔库伦准则作为一种线性强度准则并不能准确地描述深部岩体的非线性强度特征。借鉴土工原理经验,基于遗传算法对硬岩围岩参数反分析,利用随围压变化的围岩参数内摩擦角反映深埋岩体的强度非线性行为,优化摩尔库伦准则。在对比遗传算法和人工神经网络对深埋硬岩围岩参数反分析的基础上,利用ABAQUS有限元软件平台,从理论分析和实例计算两方面验证该改进强度准则的合理性。结果表明,应用改进的摩尔库伦强度准则正演的测点位移增量值更接近监测数据,该准则对深埋隧洞硬岩围岩有较好的适用性。 展开更多
关键词 改进的摩尔库伦准则 深埋隧洞 围岩 高围压 遗传算法 反馈分析
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