大跨度公路隧道洞口段爆破对高边坡安全影响研究

为研究大断面公路隧道洞口段爆破开挖对边坡稳定性的影响，以某公路隧道洞口段工程为研究背景，基于Abaqus有限元软件，建立隧道—边坡三维数值计算模型，研究隧道洞口段爆破开挖对两侧高边坡安全性的影响，并分析砂浆锚杆对边坡的加固效果。结果表明:隧道洞口段爆破开挖施工时边坡坡脚处围岩振速最大，爆破对边坡水平振速影响较竖向振速及轴向振速更为显著，爆破时应控制坡脚及坡肩的水平振速；边坡坡面最大振速出现在洞口边坡坡面与仰坡坡面交线位置，边坡坡面与仰坡坡面交线上顶点为坡肩振速最危险的特征点，下端点为坡面振速最危险的特征点；增加锚杆长度对边坡水平位移的控制效果较竖向位移更为显著，锚杆长度宜取14 m。研究结果可为类似工程提供理论借鉴。     

共同管沟深基坑现场变形监测与数值模拟分析

为了分析共同管沟深基坑边坡的变形规律及其对邻近建筑物的影响作用,以三星深基坑工程为例,采用数值模拟分析并进行现场变形监测验证。结果表明:降水措施对深基坑开挖引起的水平位移作用不大,而对竖向位移作用较大;随着深基坑开挖深度的不断加大,边坡土体的水平位移和竖向位移总体呈现增大的趋势,最大水平位移值表现为从坡脚向坡脚上方移动;原地下水位线以上所开挖边坡的最大竖向位移都发生在坡脚处,采用降水措施后,原地下水位线以下所开挖边坡的最大竖向位移出现在原地下水位附近。现场变形监测与数值模拟计算结果吻合度较高,说明土体参数的选取合理。研究成果可提升城市共同管沟深基坑建设安全设计及施工水平、降低工程风险损失。     

含地下采空区岩质边坡的施工过程数值分析

为研究含地下采空区的岩质边坡在施工过程中的各种响应与稳定性,采用SURPAC建立某磷矿的三维地质模型。在边坡坡顶、坡角与采空区四周布置应力与位移监测点。利用接口程序将三维模型导入FLAC3D,计算露天边坡开挖过程中监测点的应力与位移。计算结果表明:坡顶与坡角水平位移与竖向反弹位移随着边坡开挖的进行越来越大,但每步开挖完成后新增的反弹位移越来越小,这与每步开挖的卸载量大小有关。坡顶监测点处于拉应力状态,坡角监测点处于压剪应力状态,在监测点所在位置开挖时,压应力显著变大。地下空区的开挖过程对空区的竖向位移与应力有极大影响,最大主应力在每步开挖完成时突然增加,且增幅很大。建议在施工过程中,加强对采空区与边坡坡顶及坡脚的位移与应力的量测,以确保施工安全。     

基于临空面特征的采动斜坡变形破坏规律研究

西南山区采动斜坡变形失稳灾害频发,复杂的地质环境条件导致岩质采动斜坡变形破坏规律复杂。而高陡临空地形是西南山区采动斜坡具有的显著特征,研究临空面影响采动斜坡变形破坏规律对于山区采动地质早期识别具有重要意义。以贵州都匀煤洞坡变形体为例,构建了采动斜坡工程地质模型,通过数值试验分析了有无临空面及不同临空面坡度条件下的斜坡变形破坏规律。结果表明:有临空面的采动斜坡岩层会同时发生朝向采空区和临空面的拉裂变形,距离坡表近的煤层开采对斜坡坡顶变形影响较大,煤洞坡斜坡坡顶大裂缝与下方的A4煤层开采直接相关;而无临空面的斜坡变形破坏范围局限在采空区覆岩,覆岩冒落范围和变形开裂程度也小于有临空面的采动斜坡。有临空面采动斜坡水平位移和范围明显大于无临空面的斜坡,而斜坡下沉位移受临空面影响较小,但受重复采动影响较大。同时随斜坡临空面坡度增加,靠近临空面区域的覆岩水平位移会加剧;随临空面坡度增大,采空区覆岩朝向临空面及采空区方向拉裂变形范围和程度也逐渐增大。临空面增大了山区采动斜坡水平移动范围和斜坡开裂程度,临空面具有变形"增大效应"。     

基于ABAQUS的尾渣场稳定性分析

露天开采剥离物形成的尾渣场,其特性及破坏过程与土质边坡、岩质边坡均有不同。使用有限元分析软件ABAQUS,应用强度折减弹塑性原理,结合工程实例对尾渣场边坡进行了稳定性分析。采用不同临界破坏判据分析安全系数,结果表明,采用特征部位位移比塑性区贯通为判据得到的安全系数更具有实际意义,同时使用极限平衡法进行对比计算,得到的值基本一致。对塑性区的发展过程进行分析,尾渣场边坡是先在中上部出现塑性变形,然后向上再向下发展,最后贯通而导致边坡最终破坏,这是尾渣场边坡破坏的自身规律。通过位移等值线云图及增量位移的方法判断了滑动面的位置,得出其破坏面为近似直线的形状。将分析结果与实验室破坏模型试验进行对比,其结论是一致的。     

真三轴应力条件下破断煤体力学响应及渗流特性试验研究

为探究煤炭深部开采过程中破断区域煤体的力学及渗流特性,利用多功能真三轴流固耦合试验系统,结合计算机断层扫描(CT)技术分析破断煤体破坏后的内部裂隙分布情况,获得不同中间主应力下破断煤体的强度特征、渗透率演化及破坏模式。研究结果表明：真三轴应力条件下破断煤体呈现出脆-延性破坏特征,随着中间主应力的增大,峰值强度呈现先增大后减小的变化趋势;破断煤体的渗透率在临近破坏前并未出现大幅增长,在进入峰后阶段总体呈下降趋势,且在峰前阶段变化更为明显;破断煤体破坏后的裂隙形式以剪切裂隙为主,宏观剪切破裂面呈现非对称分布特征。应根据现场煤层破断区域构造应力和裂隙结构的变化,调整煤层破断区域瓦斯抽采或破碎煤岩巷道注浆加固方案,保障深部煤炭安全开采。     

地下隧道深基坑仰坡开挖与支护数值模拟及安全性分析

为了降低地下隧道深基坑施工风险，避免基坑仰坡开挖过程中造成坍塌事故，以重庆九号线从岩寺站的隧道掘进机始发洞口深基坑工程为背景，对基坑南侧仰坡的分级分层开挖进行数值模拟，分析在不同支护方式下仰坡开挖产生的围岩变形规律与特征，并结合现场实时监测数据对深基坑开挖过程进行安全性分析。结果表明，深基坑仰坡实测水平位移与数值模拟结果变化规律基本一致，计算模型反映了基坑因开挖而引起的水平变形，数值模拟结果合理。深基坑仰坡水平位移随开挖深度增大而增大，最大值位置从二级坡中点附近逐渐下移到一级坡中点附近；采用喷锚支护的支护方式，相比单纯锚杆支护与未支护下的基坑开挖，支护效果更加显著，最大水平位移有明显减小，表明该深基坑采用的开挖与支护方案是安全有效的。     

强降雨作用下碎石土斜坡室内模型试验研究

强降雨是碎石土滑坡的主要诱发因素。通过室内人工强降雨对碎石土边坡进行研究,在雨强为1.6 mm/min下研究了初始含水率与降雨历时相同时不同斜坡坡度(缓坡22°和陡坡31°)下模型边坡的变形特征和雨水入渗特征。结果表明:随降雨历时增加,坡体沉降值及坡体内部水平位移不断增加,其中在坡腰0.5 m处和坡脚处最大累积水平位移分别为1.99 mm、1.82 mm(缓坡),0.42 mm、0.29 mm(陡坡);降雨过程中,坡体入渗过程是自上而下发展变化的,降雨结束时坡脚雨水入渗深度最大,坡顶次之,坡腰最小,且在缓坡坡顶和坡腰处雨水入渗深度比陡坡大;在同一雨强下,降雨结束后缓坡最终沉降值比陡坡大,且在坡脚处沉降值最大。以上结果有利于对降雨入渗诱发碎石土滑坡的失稳机理和变形机制的进一步研究。     

基于岩体扰动参数的边坡结构优化

为了研究岩体扰动参数对边坡稳定性的影响,根据某露天边坡岩体物理性质及坡体钻孔勘探结果,分析了边坡体各岩组在不同扰动参数下的强度弱化过程;考虑由扰动产生的节理裂隙对边坡稳定性的影响,通过Phase^2软件对仿真计算模型进行了不同扰动程度的区域划分;同时提出了一种用于直观表征露天整天边坡稳定性的安全系数“玫瑰花”图。结果表明:各边帮受节理切割和爆破扰动的影响,稳定性差异较大,部分边帮安全储备充足,仍存在优化空间;节理裂隙几何位置对边坡失稳滑移面具有控制作用,对于近乎顺层岩质边坡,其破坏主要沿节理面剪切滑移;对于具有浅埋倾覆节理面边坡,由于岩体强度较高易发生倾倒破坏,所绘制的边坡安全系数“玫瑰花”图可直观表征露天边坡整体稳定性,考虑局部扰动影响对边坡稳定性分析进行精细化表征,为矿山边坡角度的进一步优化提供了一定的参考指标。     

岩质边坡开挖空间块体表征与动态失稳滑落安全稳定性评价

为了研究边坡工程中开挖角度对动态滑落的影响及评价整体安全稳定性,利用现代非接触测量技术,对辽宁境内庄盖高速(庄河-盖州)某边坡进行坡体结构面信息采集,并导入自主研发的GeoSMA-3D系统,建立该岩质边坡的三维裂隙空间实体模型,在工程不同开挖角度下搜索出边坡关键块体。在此基础上,利用二维数值流形法(NMM)程序,模拟不同开挖倾角下边坡断面动态失稳滑落过程,分析评价了工程边坡岩体的安全性与稳定性情况。     

爆炸冲击波作用下圆形通风设施的动态破坏特性

为了研究瓦斯爆炸对通风设施造成的严重破坏及其导致的通风系统紊乱与灾情迅速扩展问题，基于LS-DYNA有限元软件，模拟研究巷道中瓦斯爆炸冲击波作用下圆形通风设施的动态破坏特性，分析应力、应变、速度、位移的动态特征及其破坏过程，并对圆形通风设施动态破坏机理进行初步探索。研究结果表明:爆炸冲击波作用下，圆形通风设施正、反面出现压应力与拉应力分布圆环，且压应力与拉应力峰值处于在外部受约束边界径向圆环附近区域与圆心位置，应变、速度和位移最大值均分布在次区域；爆炸冲击波作用下，通风设施表面形成多圈的正向和反向的应变相互交替，呈现W型的褶皱变形；爆炸冲击波作用下，环向裂纹集中在受约束的边界区域附近，发生脆性破坏，其他区域会出现较多的径向裂纹，可发生韧性破坏，整个断裂过程是脆性与韧性断裂的混合型断裂。     

深埋水平岩层隧道开挖稳定性分析及控制*

针对深埋高地应力水平岩层掌子面开挖稳定性及支护结构失效问题,以大峡谷隧道为工程背景,通过现场测试、室内试验、数值模拟等方法,探究深埋高地应力水平岩层失稳机理及控制措施。研究结果表明:坚硬岩体被节理面切割后,在高地应力作用下容易发生挤压破碎,破碎岩体遇水发生软化,导致掌子面发生大范围塌方,初支和超前支护失效;隧道开挖后岩层发生不均匀沉降,浅部岩层最先发生弯折破坏,层内块体错动滑移,继而向上方岩层发展,并伴随层间分离和层内裂隙发育,最终形成宏观破裂面;提出的台阶法、2 m开挖进尺、砼喷层、双层小导管、提高初支强度的整体优化控制措施,可有效提高现场支护效果。     

原煤卸围压过程微震信号响应特征*

为了研究煤体采动卸荷失稳破坏的微震动态响应规律,基于热流固耦合三轴试验机进行含瓦斯原煤卸围压试验采集试验过程中的微震信号,进行连续小波变换及4层小波包变换,识别煤样破裂信号,提出煤样破裂干扰信号的时频特征及相应的微震事件分布与破坏演变的特征。研究结果表明:加载初期甚至整个轴压增加过程中,煤样内部裂隙被压密,无新裂隙产生,基本无微震事件,开始卸围压时煤样破裂数量迅速增加;内部裂纹扩展信号主频为700 Hz,前期煤样内部裂纹扩展缓慢,事件产生频次低;煤样破坏信号主频为800 Hz,其频率跳变异常,信号频率成分无明显分带;煤样破坏时微震信号能量最大,破坏过程中伴随不同部位间相对位移,产生摩擦、揉搓,破坏频率成分复杂;煤样破坏时微震事件频数最大LH-2事件总数为176,破坏时每分钟事件数为76,破坏后事件数为92,分别占总事件比例43%,52%;LH-3破坏事件数及破坏后事件数分别占比36%,62%。     

上软下硬地层深基坑结构变形监测及分析*

为探究在上软下硬地层中进行深基坑开挖时围护结构水平位移与内支撑轴力的变化规律,以广州地区某上软下硬地层盾构井深基坑开挖项目为依托,基于现场监测数据进行分析并运用MIDAS/GTS软件开展深基坑开挖全过程的有限元模拟。将围护结构水平位移模拟值与监测值进行对比,验证模型的准确性;改变围护结构嵌固深度、主体结构厚度等工况,研究上述因素对结构水平位移变化产生的影响。研究结果表明:实测围护结构最大水平位移值11.78 mm,位于长边0.7倍基坑深度附近,坑角处位移值最小;改变结构嵌固深度对坑深15 m以下围护结构位移值影响较大,本工程最佳嵌固深度为1.5~3 m;围护结构水平位移会随着结构主体厚度的增加而减小,但最大位移间差值逐渐减小,结构主体厚度设计值宜为0.8~1 m。     

在高地应力作用下近水平岩层隧道掌子面稳定性分析及控制*

为了研究大峡谷隧道开挖中掌子面大范围塌方及支护失效问题,分析现场水平层状围岩失稳特征,基于3DEC离散元软件探究掌子面失稳机理,提出塌腔处治及支护整体优化控制措施。研究结果表明:掌子面塌方主要表现为顺层滑移、挤压离层、局部掉块。开挖后拱顶沿水平层理面发生离层,导致掌子面分层垮落,层间错动掉块。围岩拱顶块体呈斜向下45°变形发展,掌子面中部和底部呈平行隧道轴向变形发展,根据塑性区和剪切滑移区扩展范围,最终形成宽5 m、高4 m的塌腔,掌子面前方岩体受影响深度3~4 m。对易塌方段提出台阶法开挖等控制措施,现场监测洞周位移收敛量不超过5 cm,整体优化后支护效果明显。     

大前石岭岩堆斜坡坡面爆破振动动力响应特征*

为探究爆破振动作用下岩堆斜坡动力响应特征,防止爆破引起坡面岩堆失稳,构建大前石岭岩堆斜坡爆破振动三维有限元模型,基于实测数据进行数值模拟验证,研究爆破引发的岩堆斜坡坡面位移、速度及加速度在不同方向、坡面位置及用药量下的响应规律。研究结果表明:岩堆体位移、速度及加速度呈波浪状“先快后慢”式衰减;垂直振动最剧烈,隧道轴线和水平方向振动较弱且相差不大;坡面位移、速度、加速度峰值与爆心距呈负相关关系,与药量呈线性增大关系;离爆破掌子面最近的坡面处垂直方向峰值速度最大,应将该点作为爆破振动安全评价关键点,且K,α推荐值分别为30,1.2左右。研究结果有助于深入认识爆破作用下岩堆坡面动力响应特征,为经济、安全施工提供参考。     

基于修正莫尔库伦的基坑开挖对隧道安全影响研究*

为分析基坑开挖对临近地铁隧道的影响,以某基坑工程为研究背景,结合修正-莫尔库伦本构关系,采用Midas GTS NX构建三维地层结构模型,通过仿真分析基坑开挖前后隧道水平、竖向位移的变化规律及特征点。结果表明:基坑开挖会导致地铁隧道结构产生水平收缩的趋势,隧道最大沉降和隆起点从远离基坑的外侧隧道向靠近基坑的内侧隧道转移;同时,还明确变形的最大位置,得到隧道最大隆起和沉降截面处的变形规律,构建“O”型和“S”型竖向变形模型,研究结果可为基坑开挖条件下的地铁隧道安全分析提供参考,对地铁隧道的保护具有一定意义。