膨胀岩隧道缓冲层复合支护体系让压机理

为构建缓冲层复合支护体系理论模型,分析缓冲层复合支护体系让压机理,弥补当前缓冲层让压机理的局限性。利用弹性力学知识,以单层厚壁圆筒模型为基础构建3层厚壁圆筒模型,推导出缓冲层复合支护体系中支护结构受力与外荷载之间函数关系,并用数值模拟的方法验证缓冲层复合支护结构受力解析解的正确性。基于此理论模型,分析了有无缓冲层复合支护体系中二衬和初支的受力特点,总结出缓冲层让压机理:在含有缓冲层的复合支护体系中,缓冲层材料被压缩,初支能够发生更大的向内变形量,进而吸收外部荷载作用,减小二衬的受力,从而整个结构能够实现让压效果,即缓冲层复合支护通过缓冲层压缩实现让压。通过改变缓冲层厚度对让压机理进行分析。结果表明:当缓冲层厚度为5 cm时,初支的形变量增加了1.34 cm,传递到二衬上的作用力也相应减小了71.6%;当缓冲层厚度增加至10 cm时,二衬的受力也进一步减小,对二衬结构更为有利。在让压支护体系中,随着缓冲层被压缩,初支也会发生更大的变形,初支内部应力也会增大,尤其是环向应力,即缓冲层的让压对初支受力是不利的,对二衬受力是有利的。因此,在复合让压支护体系中,当外部作用力一定时,对支护体系中缓冲层的设计要同时考虑初支和二衬的应力,即缓冲层的厚度存在一个最优值。

土岩地层无岩肩吊脚墙基坑开挖变形与破坏特征模型试验

依托某深基坑工程开展室内模型试验,分析基坑开挖至加载破坏全过程吊脚墙顶沉降、支撑轴力、墙后土压力、墙体弯矩等变化规律,并揭示基坑破坏特征形态。结果表明:墙顶沉降量随基坑开挖逐渐增大,基坑开挖深度小于吊脚墙高度时,墙顶沉降量增长速率较小,大于吊脚墙高度时,墙顶沉降增长速率增大;支撑轴力随开挖深度增大逐渐增大,其中第2道最大,第1道最小;墙后土压力在开挖过程中由静止土压力转化为主动土压力,地面超载作用下的墙后附加土压力基本一致;墙体最大弯矩随开挖深度增大逐渐增大,最大弯矩位置随基坑开挖下移,最终位于第2道支撑与第3道支撑之间;12 kPa超载作用下,基坑沿岩壁段底部呈现滑动破坏,岩壁段隆起坍塌,岩层相似材料出现明显贯穿剪切裂缝。

正断层上盘开采断层附近应力时空分布数值模拟

采动引起的断层错动是诱发矿震和断层冲击矿压的主要原因之一。在现有的数值模拟研究中,断层上测点的数量较少,以致于对断层各处力学状态全貌的了解较为困难。而且,针对煤层应力分布的研究通常仅限于垂直应力(支承压力),而对其它应力尚缺乏了解。为研究采动条件下断层附近应力时空分布,采用FLAC^(3D)建立了正断层上盘开采的数值模型。模型中共包括13个岩层和1个45°倾角的正断层,通过计算获得了工作面从断层上盘推进过程中断层各处及附近煤层应力的时空分布规律。监测了断层上盘断层上的22个节点以获取断层各处力学状态全貌。研究发现,在工作面推进过程中,断层上存在1个压紧区及1个或多个松动区;断层上的压紧区较为安全,压紧区上、下方松动区的正应力越来越低,当工作面邻近断层时该区的断层区段多趋于危险,该区范围最大为78 m;断层上盘煤层紧邻工作面煤壁的垂直、水平和切应力峰值分别位于煤壁前方7.5~10.5、10.5~15.5和11.5~12.5 m;断层下盘煤层3种应力最大值均上升或有上升趋势。当工作面煤壁距断层的水平距离由40 m减小至20 m时,断层上盘煤层垂直、水平和切应力受断层影响较显著的区域通常分别在距断层3.5、10.5 m和3.5 m以内。

基于模型试验的双侧壁导坑法施工过程模拟研究

为了研究双侧壁导坑法施工过程中的围岩力学特性和位移特征,以在建大罗山隧道工程为例,采用相似模型试验进行模拟分析,研究了开挖过程中围岩的应力变化和地表沉降,以及隧道开挖完成后附加荷载作用下围岩的应力特征和衬砌裂缝发展情况。试验结果表明:在隧道开挖阶段,越靠近隧道周边的围岩应力监测点,围岩应力变化越大,且围岩应力变化从大到小依次为拱肩切向应力、拱顶竖向应力、拱腰竖向应力、拱腰切向应力。

小型土石坝下游坡墙式结构稳定性分析

针对下游坡墙组合结构小型土石坝安全稳定问题,现行规范理论将挡土墙视为坝体结构的一部分评价结构稳定性,具有一定的局限性,且由于获取相对刚性的干砌石挡墙抗剪强度指标难度较大,工程上常选用经验值。为准确评价组合结构的稳定,厘清坡墙组合结构失稳的主要影响因素,视坝体和干砌石挡墙为独立结构,采用Geo-Studio有限元软件首先选用Morgenstern-Price法分析了正常运行工况下游坝坡稳定性,然后依据孔隙水压力分布和坝体与挡土墙接触面处x向应力与高程分布曲线,得到接触面上作用荷载进而计算得到了抗滑和抗倾覆稳定安全系数,综合坝坡和挡土墙稳定分析成果,明确了导致坡墙整体结构失稳的主要原因。分析成果表明挡土墙与坝体高度比、下游坝坡坡比是影响组合结构稳定的主要因素,提出了运用边坡和挡土墙稳定系数曲线交汇法评定最优设计参数。

施工期地下厂房岩壁吊车梁安全性态初步分析

某水电站地下厂房岩壁吊车梁为钢筋混凝土悬臂梁,由三排锚杆锚固在边墙上。通过重点分析各监测断面围岩面接缝开合度及围岩与混凝土梁体结合处锚杆应力变形,结合各断面围岩内锚杆应力和梁体混凝土钢筋应力,以及巡视检查结果,综合评价岩壁吊车梁荷载试验前的安全可靠性,为岩壁吊车梁荷载试验提供依据。

高地应力环境下硐室开挖围岩应力释放规律

为研究高地应力环境下硐室掘进引起的围岩应力时空变化规律,以某地下工程模拟试验硐为例,开展了原地应力测量,应用压磁电感法高精度应力测试系统对地下硐室挖掘过程中围岩应力变化的全过程进行了跟踪监测。结果表明:高应力区试验硐掘进引起的围岩应力变化有应力释放、应力调整和应力平稳3个阶段;垂直于硐壁方向的应力变化最显著,距离硐壁0.6 m处原地应力基本完全释放;平行于硐壁方向的应力变化较小,释放掉原值的20%,应力在放炮时瞬间释放完毕;观测到最小主应力在调整阶段有2 MPa左右的应力加强现象。

采准巷道交岔点围岩受力状态的三维数值模拟研究

本研究以程潮铁矿为工程背景,针对无底柱分段崩落法开采过程中存在采准巷道纵横交错,形成众多的交岔点,是采场中最容易变形破坏的区段,对井下安全生产构成严重工程危害的问题,采用FLAC3D分析软件,对巷道受力状态较差的联巷交岔点进行三维数值模拟分析,研究其围岩的应力、应变分布特征及规律。不仅弥补了理论分析和现场实测研究中存在的不足,而且对地压控制也具有十分重要的现实意义。

软岩隧道围岩压力模型试验研究

采用相似材料模型试验方法，对软岩隧道在以竖直地应力为主和水平地应力为主两种情况下围岩压力分布规律进行了研究．研究结果表明，隧道围岩应力升高区在隧道周围1倍洞径之内，应力集中系数约为1．2—1．5．因围岩应力重分布而出现塑性区，高应力向深部转移．隧道施作衬砌后，随着洞周围岩应力进一步释放，塑性区继续扩张，应力升高区也进一步向围岩深部发展，洞周的应力集中现象有所减小．隧道边墙中部、拱肩、拱顶是比较关键的部位，应加强支护．

静动力荷载下土石坝高聚物防渗墙受力特性分析

土石坝高聚物防渗墙与塑性混凝土及普通混凝土防渗墙相比,具有轻质﹑早强﹑环保﹑耐久等特点;施工中具有快速﹑经济﹑实用和对坝体影响干扰小等特点,现已在实际工程中得到了成功应用。但目前对于高聚物材料防渗墙成墙后的静动力特性缺乏计算分析研究。选择Duncan-Chang E-B非线性模型作为坝体模型,在防渗墙与坝体间设置面-面接触单元,建立有限元数值仿真模型。采用实际算例,对比分析了高聚物防渗墙与塑性混凝土、普通混凝土防渗墙在静力与地震荷载下的应力分布及破坏特性的差异,说明在同种工况下高聚物防渗墙应力最小,不易发生破坏,具有较好的安全性。

斜井套管射孔完井出砂预测模型的建立

针对目前进行的比较多的套管射孔完井,以线弹性理论为基础,通过分析定向油井井眼围岩岩石受力的应力状态和射孔孔壁应力分布,考虑井眼围岩应力对射孔孔壁应力状态的影响;根据Moh-Coulomb准则和Drucker-Prager准则分别提出两个地层稳定性指数的概念;并利用孔壁应力分布和Drucker-Prager破坏准则所建立的出砂预测模型;通过对W1油井的出砂预测,验证该模型预测结果与油井实际情况较吻合。

特大断面隧道扩建施工监控技术

结合渝州特大断面隧道扩建施工现场监控量测实例,通过对地表下沉、拱顶下沉、周边位移监测数据的分析,阐明扩建隧道与一般新建隧道的差异,并针对这些差异提出适合扩建隧道的施工方法及2次衬砌施工时间。通过对钢支撑内力、围岩压力、锚杆轴力监测数据的分析,对渝州扩建隧道现有结构设计进行验证,同时阐明扩建隧道的围岩变形规律及围岩的松动范围。研究的方法、分析和结论可为其它扩建隧道工程的设计、施工、监测和进一步的理论研究提供参考。

预应力锚索荷载分布机理原位试验研究

根据悬索桥隧道式锚碇系统预应力岩锚原位试验及数值模拟结果,分析了锚固长度、自由长度、注浆性质以及锚注体与围岩接触方式对岩锚极限抗拔力和破坏形态的影响。阐释了锚索的根状效应和围岩应力场分布形态,提出安全储备系数概念。研究结果表明,极限抗拔力的提高主要依赖于上述参数综合作用。自由长度对围岩有效传递和分散围岩应力有关键作用,和锚固长度共同控制岩锚的破坏形态;在锚碇系统中,和初始预应力一起确定了岩锚参与荷载分担的贡献值和时机。

中尼铁路交通廊道现今构造应力场及其工程影响

拟建中尼铁路位于印欧板块碰撞推挤的前缘地带,区域深大断裂发育,地震频发,新构造活动强烈,应力状态复杂。基于中尼铁路交通廊道震源机制解及原地应力测量资料,分析中尼铁路沿线区域构造应力场分布特征,进一步讨论现今构造应力场对铁路方案和重要工程设置的潜在影响。研究结果表明,研究区震源深度主压应力优势方向在板块碰撞边界为NEE向,高原内部则表现出明显的非均匀性特征。中国境内日喀则至吉隆段主要处于拉张-剪切应力环境,尼泊尔境内区段处于印欧板块推挤控制的挤压应力环境。在缺少中尼铁路沿线原地应力实测资料的现状下,结合邻区实测数据分析认为,该区地壳浅表层应力结构以逆断型为主,水平最大主压应力优势方向为NE向。基于研究区内主应力方向分布特征将中尼铁路沿线划分为日喀则―萨迦、萨迦―定结、定结―吉隆、聂拉木、吉隆―讷瓦果德和加德满都共6段。根据构造应力场分析结果并基于σθmax/Rc理论对铁路隧道工程围岩岩爆可能性进行了讨论,结果表明最大水平主应力方向与隧道轴向夹角较大时对隧道围岩稳定性不利,且隧道埋深越大则围岩岩爆的可能性越大。中尼铁路大多区段轴向与最大水平主应力方向呈大角度相交甚至近垂直,当隧道埋深较大时具有发生岩爆的可能,需重点防护。研究结果可为中尼铁路交通廊道工程勘察选线提供参考。

直墙拱形巷道围岩应力场分析

为得出直墙拱形巷道围岩应力分布规律,应用复变函数弹性理论推导了直墙拱形巷道围岩应力分布的解析表达式。对直墙拱形巷道边界的围岩应力和巷道水平线方向的围岩应力分布规律进行分析,并考虑直墙拱形巷道断面高宽比和侧压系数对其影响规律。研究表明:在不同巷道断面高宽比、侧压系数下,直墙拱形巷道围岩应力集中区域主要集中在直墙底部底角处、拱形顶板中点附近和底板中部3个位置。不同巷道断面高宽比下,直墙拱形巷道沿水平线的应力分布规律基本相同。侧压系数大于1时,采用巷道断面高宽比小于1较有利于巷道稳定;侧压系数小于等于1时,采用巷道断面高宽比大于1较有利于巷道稳定。

损伤围岩中爆炸应力波动的数值模拟

应用有限元方法分析了硐室损伤围岩中爆炸应力波的传播和应力分布特征,通过引入JHC本构模型和岩石损伤变量D探讨了应力波作用下岩体的损伤演化模式。研究表明:围岩初始损伤对后续爆炸应力波的波动性质、作用范围和围岩应力分布具有不同程度的影响。当初始损伤超过某临界值后会显著地影响应力波的波动范围和围岩应力分布;在一定爆炸当量下,爆炸应力存在一个有效作用范围Lp,该范围塑性区以内,爆炸应力对岩体的损伤随围岩初始损伤增大而增大;有效作用范围Lp以外,围岩初始残余非弹性变形积累和单元残余拉应力可以平衡爆炸应力波动产生的损伤叠加效应,“耗散”了爆炸应力作用和波动能量。分析了产生在这种现象的原因。给出了有效作用范围Lp与围岩初始等效应力p之间的经验关系。

高地应力作用下乌鞘岭深埋长隧道软弱围岩流变规律研究

在高地应力环境下的软弱围岩中修建深埋长隧道,软弱围岩流变一是个突出的工程地质问题。位于兰新铁路上的鸟鞘岭隧道工程在穿越宽迭785m的活动断裂带F7时,软弱围岩发生了显著流变,围岩最大收敛变形超过1m,对支护结构造成了严重破坏。本文在对鸟鞘岭隧道进行长期围岩收敛变形的基础之上,分析了乌鞘岭左右两主洞的收敛变形规律。此外,作者提出了对软岩围岩流变进行工程治理的原则。

直墙式黄土隧道围岩结构的地震动稳定性分析——底脚处应力集中对安全系数的影响

为了验证直墙式黄土隧道(洞)底脚处应力集中现象对围岩结构安全系数的影响,本文根据静力和动力分析模型,应用抗剪强度折减法和ANSYS软件,在现有研究的基础上,分析了底脚为直角时重力和地震作用下塑性区和安全系数的变化规律,并通过数值算例,研究了底脚为不同半径圆弧时围岩结构安全系数的变化情况。结果表明:在重力作用下塑性区最先出现在底脚偏上,直角的应力集中现象对围岩结构安全系数没有影响,地震作用下塑性区虽然最先出现在底脚处,但安全系数的降低并非底脚处应力集中现象的影响,从而为以后工程结构中直墙式隧道(洞)的成型和工程应用提供了理论依据。

含充填物的厚壁圆筒砂岩的力学性质研究

基于单轴和常规三轴压缩试验,采用完整试样、空心及铝棒充填的厚壁圆筒试样,模拟研究支护对圆形巷道的强度、变形和破坏特征的影响。结果表明:充填试样和完整试样的单轴压缩强度和弹性模量大致相同,而厚壁圆筒试样的强度和弹性模量则偏低31.8%和22.4%;厚壁圆筒试样三轴压缩时出现沿圆周层状破坏,其剪切面积随着围压的增大而减少,围压40 MPa时出现明显塌孔;充填试样进入塑性屈服阶段后,充填物才会对试样的力学性质产生明显影响;充填物改变了孔道内部应力状态,使孔道内壁由原来的二维应力状态恢复到三维应力状态,抑制了孔道内壁的侧向变形,防止自由面岩石的脱落;岩石破坏并不代表承载能力消失,充填试样岩石破坏后失去黏结力,载荷主要通过充填物与岩石、岩石裂隙之间摩擦力共同承载。

大型墙式嵌岩桩基础的简化计算方法

墙式嵌岩桩基础指的是横桥向很宽的扁矩形桩,依据其承载机理,可简化为平面应变问题。通过大量数值计算,得到此类桩基础在承受水平推力和纯弯矩时的桩内应力和变形分布规律,通过数据拟合,总结出适用于不同岩石特性、不同尺寸的桩基础各截面上的等效内力及岩面处特效变形的通用无量纲简化公式。