随机介质理论下隧道围岩渐进破坏过程数值实验研究

将强度折减法引入到隧道围岩安全评价中,结合"浅埋暗挖快速施工双线小间距隧道、盾构下穿立交结构隧道和结构面含有节理、不规则裂隙的山体公路隧道"等工程实例,借助材料真实破坏分析软件RFPA-2D,建立每个强度折减系数下的有限元模型。模型采用了黏弹性人工边界来消除边界条件对计算精度的影响,并借助随机介质理论实现了围岩细观结构单元的非均值性和随机分布的缺陷,揭示了不同工况下隧道围岩的动态渐进破坏过程、基元相变损伤演变机理和岩体结构面破坏特征,认为隧道围岩的宏观破坏是由岩体非线性材料细观单元的非均值性造成的,计算结果借助不同折减步中裂纹发展趋势和单元破坏的数量判断隧道围岩是否失稳破坏,并计算出具有安全储备意义上的安全系数。同时,结合ABAQUS和RFPA-2D两种不同有限元模型,对比分析了随机介质理论和连续介质理论结合强度折减法在隧道围岩稳定性评价中的差异。     

基于离散元法的爆破荷载作用下深埋隧道失稳破坏模拟研究

为了研究爆破扰动对深部隧道工程的影响,借助颗粒流程序PFC,开展爆破荷载作用下深埋隧道失稳破坏的数值模拟,分析了不同埋深隧道围岩的损伤演化过程和相同埋深隧道围岩颗粒位移与应力随时间的变化规律。研究结果表明:在距离隧道一定高度的顶面施加爆破荷载,随着埋深的增加,围岩损伤程度越严重,损伤集中于隧道的两帮,并逐渐由隧道右侧向顶板发展;隧道的失稳破坏是由爆破荷载和地应力共同造成的,爆破荷载主要使隧道围岩产生裂隙,而在高地应力的持续作用下,可能引起岩块的剥离和弹射;隧道两帮的竖向压应力大于岩体抗压强度是隧道围岩破裂的主要机制。研究成果为深埋隧道支护技术和灾害预报研究提供了依据。     

大断面隧道软弱围岩-支护系统稳定性分析

采用室内试验研究手段获得隧道围岩力学特性,以Mohr-Coulomb弹塑性模型及应变软化模型为基础,采用FLAC3D数值模拟软件,构建三维数值模型,计算深埋隧道围岩特征曲线及纵剖面变形曲线,并对隧道围岩及支护结构安全性进行评价。结果表明:采用弹塑性模型计算所得的隧道围岩安全系数低于应变软化模型所得的安全系数,表明采用弹塑性模型进行支护结构设计时,支护结构安全性较低,设计中可能会增加支护材料费用,而考虑应变软化条件下的围岩安全系数更加接近于工程实际;采用极限应变值或支护结构极限承载压力所获得的围岩—支护系统安全系数较为接近,说明两种方法的差异较小,均可用于隧道围岩支护结构优化设计,采用收敛—约束法计算隧道安全稳定性更加直观,对工程实际具有一定指导作用。     

大断面隧道软弱围岩-支护系统稳定性分析北大核心CSCD

采用室内试验研究手段获得隧道围岩力学特性,以Mohr-Coulomb弹塑性模型及应变软化模型为基础,采用FLAC3D数值模拟软件,构建三维数值模型,计算深埋隧道围岩特征曲线及纵剖面变形曲线,并对隧道围岩及支护结构安全性进行评价。结果表明:采用弹塑性模型计算所得的隧道围岩安全系数低于应变软化模型所得的安全系数,表明采用弹塑性模型进行支护结构设计时,支护结构安全性较低,设计中可能会增加支护材料费用,而考虑应变软化条件下的围岩安全系数更加接近于工程实际;采用极限应变值或支护结构极限承载压力所获得的围岩—支护系统安全系数较为接近,说明两种方法的差异较小,均可用于隧道围岩支护结构优化设计,采用收敛—约束法计算隧道安全稳定性更加直观,对工程实际具有一定指导作用。     

季节冻土区吉图珲高铁东兴膨胀岩隧道保温防冻方法及分析

隧道冻害与围岩中温度分布密切相关,因此掌握隧道围岩温度分布规律是防止隧道冻害的关键。以我国季节冻土区隧道建设发展为应用背景,依托于正在建设中的吉图珲高铁东兴膨胀岩隧道,结合东兴隧道特殊的工程地质与水文地质条件,在传统防冻方法基础上提出了一种改良的保温防冻新方法。通过监测施工期整个冻融循环过程中衬砌—围岩温度场,对比分析了传统防冻方法与改良防冻方法作用下围岩温度场的分布和变化规律。应用数值模拟方法,建立了东兴隧道衬砌—围岩温度场有限元模型,通过现场监测结果验证模型的有效性。进一步结合延吉地区东兴隧道当地气温预测运营期膨胀岩隧道围岩温度场分布,研究表明:运营期改良防冻方法比传统防冻方法具有更好的保温防寒作用。该研究可以作为季冻区隧道冻害防治措施的重要参考依据。     

基于全动力分析法的地震边坡与隧道稳定性分析

目前地震边坡和隧道稳定性分析方法尚有一些不尽如人意的地方,如地震边坡的破裂面假定为剪切破裂面,这与汶川地震边坡破坏现象不符;地震边坡稳定性分析采用时程分析法,假定在某一时刻加速度作用下,将其作为静力问题来计算边坡稳定安全系数,没有充分考虑加载的动力效应;同样,未考虑地震作用下隧洞围岩的拉破坏,对隧洞围岩破坏缺少动力稳定性标准,也不能充分考虑隧洞围岩与衬砌的动力效应。为此,基于有限元强度折减法,提出了一种完全的动力分析方法——强度折减动力分析法,计算中同时考虑剪切强度和抗拉强度参数的折减,并采用计算不收敛和位移突变综合判断边坡和隧道是否动力失稳破坏,以极限状态时的强度折减系数作为地震边坡和隧道的动力稳定系数,由此获得拉、剪组合破裂面与全动力稳定安全系数,充分考虑了动力效应。     

极高地应力软岩稳定性指标优先级及多因素耦合分级∗

极高地应力隧道工程设计施工除了考虑地质构造作用极其强烈以外,强度应力比、地下水、膨胀应力、结构面产状等因素对围岩稳定性的影响也必须考虑,同时隧道轴线与最大应力主方向夹角、隧道断面及面积、岩层厚度及倾角等因素也非常重要。以《工程岩体分级标准》为基础,提出一种极高地应力复杂软岩隧道围岩稳定性因素优先级分析思路,并采用熵权法形成多主因素耦合、次因素修正的围岩分级方法。现场实践表明分级结果与现场施工状态吻合较好,进一步对另两座隧道使用本方法进行验证。结果表明,现行规范中围岩分级因素和方法不适用极高地应力情况,且和影响因素优先级加多因素耦合修正 BQ 值的围岩分级方法结果相差 10% 左右,原因是对极高地应力软岩稳定性影响因素考虑不全面。这种围岩稳定性分级方法具有较好的适用性,且耦合时使用熵权法原理使得结果更加偏向于定量计算,减少了人为因素干扰,结果更加客观真实。     

能源隧道热响应试验数值分析与适用性评价

以能源桩和能源隧道为代表的能源地下结构是一类节能环保的地下结构形式,能源隧道的理论研究与实际应用还处于起步阶段,相关测试与设计方法还不够成熟。以新八达岭长城站能源隧道试验段为研究背景,利用COMSOL软件对能源隧道热响应试验进行了数值分析与适用性评价,对TPT测试工况进行了数值模拟,经验证与现场实测结果吻合较好;对线热源传热模型用于能源隧道TRT试验的适用条件与方法做了初步探索,利用相对热效率的概念对模拟结果进行了分析。结果表明,线热源传热模型不能直接用于分析能源隧道TRT试验结果,但是T_fln(t)曲线的斜率与模型输入的围岩导热系数线性相关,可定义相对热效率来反映围岩导热系数对隧道埋管换热器换热能力的影响。     

基于强度折减有限元法的边坡失稳判据研究

强度折减有限元稳定分析方法是目前应用及研究较多的一种分析方法。如何根据有限元计算结果来判别边坡稳定性，是强度折减有限元稳定分析方法的一个关键性问题。强度折减有限元法的失稳判据主要有3种：第一种以有限元解的收敛性判定失稳状态；第二种根据计算域内最大节点位移与折减系数之间关系曲线变化特征判定失稳状态；第3种通过计算域内塑性区是否贯通判定失稳状态。利用ADINA有限元通用软件，对二个不同的边坡算例进行强度折减计算，分别采用3种失稳判据进行稳定性分析，对3种失稳判据的适用性、3者之间的一致性、各自的适用范围进行了研究。研究表明，对于均质边坡，3种失稳判据存在较好的一致性，但是对于非均质边坡，塑性区贯通判据在应用范围上存在局限性。     

非线性破坏准则下深埋小净距隧道围岩压力研究

围岩压力大小是影响隧道稳定性的重要因素，也是进行合理支护设计与安全施工的前提。考虑围岩破坏的非线性特征，基于极限分析上限法推导深埋小净距隧道围岩压力公式，给出优化求解的过程，并与规范法进行验证对比，最后就相关影响因素做参数分析。结果表明：该方法与公路隧道设计规范的方法计算结果相对误差较小，且表现的规律一致，即两隧道内侧围岩压力大于外侧的围岩压力，也即中夹岩受力大，验证了本文计算方法的合理性；增大水平方向支护力，可有效减少隧道顶部的压力，提高隧道稳定性；竖向平均围岩压力随着净距的增大而增大，两者大致呈非线性相关的关系，增大幅度逐渐减小；围岩压力随着非线性Hoek-Brown准则中参数GSI、m_i、σ_ci增大而减小，所以对于软弱围岩，可以进行加固，改善自身力学性质，从而提高围岩自身承载力，减少隧道承受的围岩压力。     

城市避震疏散场所公园绿地面积指标的研究

前人研究城市绿化和避震疏散场所的都很多,但都是把两者分开来研究。本文把两者结合起来,在研究避震疏散场所的基础上,以尹之潜、李荷提出的震害预测方法和谢礼立归纳的房屋遭遇地震时的破坏情况为基础,以人的需求为本,结合定性和定量2种方法,分别对城市建成区、发展建设区和规划新城区避震疏散公园绿地指标进行研究。按本文提出的避震疏散公园绿地指标规划城市避震疏散场所,既能满足城市避震疏散的目的,又能提高城市绿化率。     

地震波斜入射下土质边坡的稳定性分析*

地震诱发的边坡失稳是重要的地质灾害类型之一，数值方法是对地震边坡进行分析的一项重要工具。基于黏弹性人工边界，通过将地震记录转化为等效地震荷载实现地震波在场地中的施加；并采用Mohr?Coulomb准则模拟土体的非线性特征。根据非线性有限元软件ABAQUS，建立了双面边坡的数值模型，通过分析地震波在不同角度入射下不同坡角边坡的地震响应，讨论了地震波入射角以及边坡坡角对破坏的影响。结果表明，地震波入射角和边坡形状改变了地震波在坡体内的传播规律，因此影响了边坡的破坏。随着地震波入射角的增加，靠近波源一侧坡面的滑动位移和滑动区域逐渐增加，而远离波源一侧的滑动位移和滑动区域逐渐减小。边坡坡度的增加引起坡面危害的逐渐加剧。本文讨论了不同尺寸边坡在不同地震作用下的破坏规律，从而为地震诱发边坡的失稳破坏提供了理论支撑，具有重要的现实工程意义。     

基坑工程BOTDR分布式光纤监测技术研究

围护体系的加固质量对基坑工程、基坑周边环境和地下管线的变形和稳定性具有重要影响。通过对基坑围护体系和周边环境进行实时、在线监测分析,可掌握基坑变形的发展动态,对基坑失稳破坏进行预警。分布式光纤传感技术与常规监测方法相比具有很大的优越性,如分布式、长距离、实时性和长期稳定性等,可满足基坑工程安全监测和基坑失稳早期预警的要求。本文对布里渊光时域反射计(BOTDR)的测量原理进行了介绍,设计了一套基于BOTDR的新型基坑工程分布式监测系统,详细阐述了工程应用中传感光纤的布设方法、光纤保护和温度补偿技术等。以实际工程为例,对基坑工程分布式变形监测结果进行了分析。监测结果表明,基于BOTDR技术的基坑分布式光纤监测系统能够准确地反映基坑工程的变形情况,具有显著的优越性,可用于基坑工程稳定性的监测和失稳预报。     

建筑荷载下土质洞室地基稳定性的数值分析

随着地面与地下空间的综合开发利用日趋增多,地面建筑与地下工程的冲突及由此所引发的灾害也日益增多。如在既有洞室上修建建筑(开洞地基)或在既有建筑下开挖地下洞室(地基开洞)所引起的地下洞室有害变形及地基破坏,已成为地面与地下工程建设中亟待解决的突出问题。为此,本文结合工程实例,基于大型有限元软件ABAQU S,采用加载系数法和强度折减法,分别对开洞地基与地基开洞后建筑物下土质洞室地基的破坏过程与整体稳定性进行了有限元数值模拟;在此基础上,针对不同的地面加载方式与洞室埋深,采用强度折减法与加载系数法对开洞地基开展了弹塑性有限元数值计算与分析,得出了一些规律性认识,以期为相关工程建设及地下工程防灾减灾提供参考。     

含体积型缺陷加筋球壳拱顶的稳定性分析

当大型储罐拱顶出现体积型缺陷时,最常见的破坏形式是拱顶外压失稳破坏。因此,针对含体积型缺陷的加筋拱顶,对其缺陷发生的最不利位置及拱顶稳定性进行了大量的有限元计算,提出了含缺陷加筋拱顶临界失稳载荷的实用计算公式,以供建立含缺陷加筋拱顶的安全评定方法参考。     

水平荷载情况下深海吸力锚稳定性研究

深海吸力锚基础的极限承载能力是海洋工程结构设计中的一个关键问题,达到极限平衡状态时,吸力锚的极限承载能力与其失稳模式密切相关.本文基于Coulomb摩擦对原理,给出了一种精确模拟吸力锚承载能力的有限元模型.在该数值模型基础上,利用通用有限元分析软件ABAQUS,研究了系泊点位置、长径比对吸力锚承载能力的影响,并给出了深...     

基于单纯形-混沌优化算法的边坡稳定性分析

利用混沌现象固有的内在结构进行寻优搜索,为土质边坡的稳定性分析提供了一个新思路。将混沌优化算法的全局搜索能力和单纯形法的局部搜索能力结合起来形成单纯形-混沌优化算法,结合简化Bishop法对边坡进行稳定性分析。单纯形-混沌优化算法搜索到的是全局最优解。通过与遗传算法、改进的模拟退火算法的计算结果对比,表明在保证安全系数一定精度的情况下,单纯形-混沌优化算法搜索到的是最危险滑动面。可见,单纯形-混沌优化算法具有较强的全局搜索能力,结果更可靠。     

山体超高岩质边坡治理实例分析

以某厂山体超高边坡为研究对象,详细介绍了该边坡的设计及治理措施。首先根据边坡的地质特点及原始坡率进行边坡坡型的初始设计,之后按照动态设计、信息化施工原则对设计坡型进行优化调整。根据区域地质构造、水文资料和地震情况,定性地判断边坡破坏的趋势和范围;在此基础上,选取有针对性的计算模式进行定量分析,确定边坡的稳定性安全系数并完成其稳定性评价。还介绍了边坡排水系统设计、支护结构设计及支护施工中出现的问题及相应的处理措施。该边坡的安全性评价方法和治理措施对类似超高岩质边坡的处理具有重要的参考价值。     

泥化夹层压缩试验的损伤特征及损伤方程研究

泥化夹层的损伤破坏是影响边坡稳定性的重要因素,为研究其损伤机理,进行了不同围压条件下的压缩试验,通过试验数据和试样破坏外观分析损伤情况;利用CT扫描仪在试验不同加载时刻对泥化夹层进行实时CT扫描,结合MATLAB图像二值化处理,得到不同围压下泥化夹层损伤识别图像,反映了内部损伤发展情况;最后根据推广的应变等价原理,通过变形模量确定损伤变量,获得泥化夹层损伤变量与轴向应变的关系。结果表明:①泥化夹层强度普遍表现出随围压增加而增加的规律,破坏应变取为10%,由于泥化夹层自身组成及结构存在差异性,导致个别试样的强度规律不明显;②泥化夹层内部存在薄弱层,加载过程中会出现阶段性的小幅度塌缩,强度曲线上反映为阶段性的应变突增现象;③无围压和一定围压情况下的损伤破坏方式不同,无围压时为脆性破坏,裂缝萌生、开展,一定围压时表现为塑性破坏,泥化夹层被压缩,孔洞裂隙闭合,破坏方式改变临界围压介于0～50kPa;④通过本文方法建立的损伤方程与不同围压下的室内试验结果拟合良好,该方法合理可行。     

泥水盾构带压开舱时压力舱内不同泥浆液位下开挖面稳定性分析∗

泥水盾构在水下复杂地层带压开舱作业时,一般会根据实际情况将压力舱内泥浆降低至一定的液位。依托武汉地铁8号线越江隧道工程带压开舱作业实例,采用FLAC3D软件,对不同泥浆液位下盾构隧道开挖面主被动极限支护力及失稳破坏模式进行研究。结果表明:对于本工程上土下岩的复合地层带压开舱工况而言,不同泥浆液位下开挖面主动破坏均属于整体失稳破坏,且随着泥浆液位的降低,主动极限支护力先增后减,开挖面敏感区域逐渐下移并扩大,液位下降至隧道中心处时主动极限支护力最小;不同泥浆液位下开挖面的被动破坏均属于局部失稳破坏,被动极限支护力呈逐渐降低的趋势,最敏感区域均位于开挖面上半部;当泥浆液位降低至隧道中心以下时,隧道拱顶处支护力显著大于地层土水压力,此时开挖面面临较严峻的被动失稳风险,因此实际施工时不建议液位下降至隧道中心以下。