基于破坏接近度的地铁隧道流固耦合稳定性分析

合肥地铁1号线盾构隧道下穿南淝河,施工中存在安全风险。运用FLAC3D进行了隧道盾构开挖过程的模拟,基于破坏接近度(FAI)对盾构隧道开挖过程中的岩土体稳定性进行分析。通过破坏接近度指标能够全面直观地评价隧道周围各区域岩土体的稳定性程度,定量给出损伤区和扰动区的范围。数值模拟结果表明:盾构开挖使隧道周边土体孔隙、水压力较初始值显著降低,导致了隧洞周边水力坡降增大,进而使地下水向隧洞拱顶及两侧流动,这些部位有发生涌水的可能;盾构开挖过程中,岩土体渗流场产生的渗流作用力对应力场分布产生较大的影响,在流固耦合条件下,隧洞周边岩土体FAI显著增大,部分区域已进入损伤区;在掌子面推进的过程中,当掌子面在分析断面前后2个开挖步数范围内时,断面的破坏接近度的分布变化明显,表明该范围内土体稳定状态受开挖扰动影响显著。研究盾构开挖过程中的破坏接近度分布及演化规律对施工中采取相应施工措施具有重要的指导意义。     

地震滑坡启程剧动的机理研究及离散元模拟

论证并探讨了地震动诱发滑坡体启程剧动的机理。研究认为, 地震动对滑坡形成的影响, 主要是通过坡体波动振荡来产生; 坡体波动振荡在斜坡岩土体变形破坏过程中产生三种效应: 累进破坏效应、启动效应和启程加速效应; 并以骆驼岭滑坡为例, 采用离散元对斜坡在地震作用下的变形破坏过程进行数值模拟分析, 得出了一些既有理论研究意义, 又有实际应用价值的论断。     

流变岩土体中浅埋隧道围岩力学响应的理论解

浅埋隧道施工不仅会使开挖面周围岩土体发生变形,还会引发明显的地表位移,造成既有建筑物、基础、管线等发生破坏.针对黏弹性流变岩土体中浅埋隧道施工问题,用复变函数方法、Laplace变换、黏弹性叠加关系导出开挖位移和应力场的求解方法和理论解答,并与相同模型下的有限元解进行了比对验证.本文解答可以针对任意黏弹性模型岩土体进行计算,同时可以考虑纵向推进效应和任意时刻施加的任意大小均布内压.根据解答分析了浅埋隧道开挖引发的不同时刻地面沉降槽的大小、范围;位移随深度的变化形式以及洞周变形随角度的变化规律.相比数值方法,本文给出的理论解可更方便地进行参数分析和初步设计,而且给出的位移、应力场的理论解可以用于隧道和基础、地下管线的相互影响分析.     

数值分析模拟开挖卸荷变形的误差分析探讨

岩土体本身的复杂性使岩土开挖变形的数值模拟分析结果与实际有一定的误差。分析产生误差的因素,探讨各误差因素对模拟结果的影响及减小误差的方法,从而可以判断和提高数值模拟结果的准确性。     

黄土路堑边坡变形破坏机理的三轴试验研究

通过原状黄土的减压三轴压缩试验,研究了黄土边坡不同深度不同含水量土体的应力-应变关系,并与原状黄土的常规三轴试验结果进行了比较,发现减压三轴试验能合理地模拟和解释开挖卸荷作用下黄土边坡土体的变形与破坏过程。试验结果表明:坡脚开挖卸荷时,黄土边坡中浅层非饱和黄土易出现应变软化或塑性流动,强度较低,易产生较大变形,而深层饱和黄土仅在高围压下发生应变硬化,强度增加,在中低围压时均发生应变软化现象。分析认为黄土边坡特殊的工程地质条件,使得黄土边坡的特定部位在开挖卸荷作用下常形成了不利于土体稳定的含水量和围压组合,导致坡体特定部位的土体变形破坏,进而诱发边坡的变形破坏;开挖卸荷作用下黄土边坡变形破坏的力学机制应为蠕滑-压致拉裂或"牵引式滑坡"。     

深部岩体变形破坏的特征能量因子与应用

深部岩体在高地应力作用下储存了大量的弹性应变能。在开挖或爆破扰动作用下，原有的平衡状态被打破，围岩中形成了有势场和不平衡应力场。在不平衡力场和扰动场的共同作用下，岩体的变形与破坏表现出了诸如分区破裂化、大变形、岩爆以及人工地震等非线性行为。传统的连续介质理论并不能考虑岩体的构造特性与含能特性，因此无法很好地解释深部岩体的特殊非线性力学现象。特征能量因子从能量的角度出发，结合统计物理学观点，为分析深部岩体在动静荷载组合作用下的变形和破坏过程提供了有效的理论支撑。本文主要对特征能量因子进行了简要介绍，并回顾了其在深部岩体分区破裂以及动力诱发围岩不可逆变形等非线性工程灾害现象中的应用。     

高陡岩质边坡稳定性三维离散元分析

某高陡岩质边坡地质条件复杂、软弱结构面发育、开挖高度大、坡度陡、临空面多,为边坡变形提供了有利的空间,边坡多处出现失稳破坏迹象。通过对边坡工程地质条件调查,岩体结构特征和边坡开挖等影响因素的分析,认为边坡变形主要发生在强风化强卸荷岩体内,受软弱结构面的控制比较明显,表现为结构面组合控制的块体变形失稳破坏模式。采用3DEC数值模拟软件,模拟了边坡开挖后坡体变形特征,数值模拟结果表明,边坡浅表层块体以及控制性块体稳定性差,可能导致边坡产生整体失稳。     

西南某电站右岸开挖边坡稳定性的FLAC~(3D)分析

西南某大型水电站引水发电洞进水口边坡顶部在开挖过程中出现带状裂缝 ,引起了多方的极大关注。在对该边坡系统的地质调查基础上 ,确立了其变形破坏模式 ;通过FLAC3D模拟开挖过程 ,客观地验证了实际开挖过程中边坡的变形及其顶部平台出现的裂缝 ;并预测了在采取加固措施后边坡内部变形趋势。经计算 ,开挖面临空方向最大位移量达到 5 .4cm。此后 ,经过有效的锚固处理 ,边坡经过变形和应力的调整 ,总体上趋于稳定 ,为确保进水口隧洞的顺利开挖提供了科学依据     

平面坡体渐进破坏模型及其应用

平面坡体渐进破坏模型旨在通过在坡体稳定性分析中引进渐进坡坏的概念,来较合理地考虑岩土材料的峰值强度和残余强度在稳定性分析中的不同作用。通过与其它稳定性分析方法进行比较以及实例应用研究,证明该计算模型可用于初步判断坡体稳定状态并估算其破坏变形范围。这一研究也说明了水对边坡破坏的重要作用。     

缓倾外层状结构边坡变形破坏模式及支护对策研究

高速公路开挖形成越来越多的工程边坡。缓倾外层状结构边坡作为一种典型的岩质边坡，一般情况下整体稳定性较好，但在特定的结构面组合状况下，开挖后也可能产生整体变形破坏。本文以软弱结构面和长大裂隙发育的公路工程边坡为例，通过岩体结构及边坡一定范围内已有边坡破坏现象的调查研究，采用工程地质类比和三维离散元法综合分析边坡变形破坏模式，并针对变形破坏模式的特点，提出支护对策。研究结果表明，结构面贯通坡体形成切割块体的后缘和侧缘边界时，缓倾外层状结构边坡可沿层面产生滑移-拉裂变形，若滑面与临空面具有一定夹角，边坡的变形可表现为旋转式滑移-拉裂；结构面组合控制的缓倾外层状结构岩质边坡稳定性受坡体中下部的关键块体控制，一旦关键块体失稳，将引起上部块体的连锁失稳，此类边坡变形控制的重点是对关键块体分布区域进行强支护；支护工程实施后的变形监测结果表明，基于变形破坏模式分析的边坡支护方案保证了边坡施工和运营过程中的安全。     

不连续岩体变形破坏过程中AE的空间演化与意义

通过一些典型节理化岩体模型变形破坏过程中的AE事件的定位分析和破裂面形态的研究,探讨了不连续岩体变形破坏过程的空间演化特征。结果表明：单节理岩体变形破坏的空间动态特征受节理角控制,随着节理角从小变大,岩体的变形破坏方式从AE在局部集中的突发式失稳向AE弥漫于整个节理层面的类似渐进式的破坏形式发展；失稳破裂面从简单的整体状岩-膏界面变成形态复杂的层内复合破裂面；复杂节理岩体的变形破坏受一条（组）主导构造控制,强AE事件集中发生在不连续构造交汇部位,在包含多条主构造的岩体模型中最终失稳破裂面只与最后阶段AE的位置一致。     

开挖对岩体稳态扰动与滑移机制的模拟试验研究

矿山岩体工程开挖将引起周围岩体的移动和变形 ,如果某区域的岩体受到不同开挖工程的共同作用 ,那么岩体内应力状态将是各个影响因素综合作用的结果。本文将应用底面摩擦模型试验方法 ,主要研究和探讨在先期进行地下开采 ,然后进行露天开采条件下 ,边坡岩体的动态滑移机制及其变形规律 ,以便为此类矿山后续开采设计及边坡岩体动态分析提供科学依据。     

锦屏一级水电站地下厂区破坏成因分析

锦屏一级水电站地下厂区位于雅砻江右岸一套大理岩地层中,埋深350m,地下厂区洞室在开挖过程中,围岩出现各种变形破坏现象。通过分析破坏现象,总结了破坏现象的规律性：主厂房及主变室破坏现象主要集中在下游边墙顶拱,破坏方式以岩体开裂为主； 母线洞及压力管道下平段破坏现象主要集中在顶拱外侧,破坏方式以弯折破坏为主。最后利用数值模拟结果解释了径向应力大于岩体强度是引起锚索超限的原因。     

平面应力条件下闭合断续节理岩体力学特性试验研究

通过平面应力条件下闭合断续节理岩体的破坏试验,采用自行研制的高压柔性加载装置施加垂向和侧向荷载,用千分表和激光散斑照相技术量测试体位移场,用应变花量测试体平面应力场． 结果表明,激光散斑法用于测定闭合断续节理岩体的位移场效果良好,其测值比对应点千分表测值偏小１４％ 左右．据所测得的位移场和应力场,研究了裂纹尖端应力场的演变及裂纹扩展的路径,分析了试体的变形和破坏特征,测定了翼裂纹初裂角,探讨了试体的破坏机理．     

论“岩体结构控制论”

经过长期实践和研究,作者于1984年提出岩体结构控制论是岩体力学的基础理论,并全面、系统地以岩体结构控制论为指导研究了岩体变形、岩体破坏及岩体力学性质的基本规律;提出岩体变形系山岩体材料变彤和岩体结构变形共同贡献的,岩体破坏系受岩体材料破坏和岩体结构破坏控制的;岩体力学性质不仅决定于岩体材料力学的性质,而且受控于岩体结构力学效应及环境因素力学效应。在此基础上,作者提出了岩体可以划分为连续介质、碎裂介质,块裂介质及板裂介质四种岩体力学介质,从而建立了完整的岩体结构力学理论体系。     

高边坡岩体渐进性破坏粘弹塑性有限元数值模拟

根据边坡实际地质模型 ,基于弹塑性与粘弹 -粘塑性理论的本构方程 ,通过有限元模拟分析 ,定量地揭示和模拟再现了高边坡岩体破裂、变形、破坏及失稳前后锁固段岩体渐进性破坏的机制和过程 ,探讨了高压水流作用下滑坡启程剧动的破坏机理。     

三维加锚弹塑性损务模型在溪洛渡地下厂房工程中的应用

本文根据断续裂隙岩体的损伤机制,建立了三维弹塑性损伤本构模型反映裂隙岩体的损伤变形特性。考虑断续裂隙岩体的岩锚支护效应,建立了空间损伤锚柱单元模型模拟锚杆的支护效果。最后将建立的模型应用于溪洛渡水电站地下厂房,进行了洞室群开挖弹塑性损伤及岩锚支护三维非线性有限元计算,获得了一些有益的工程结论。     

小湾水电站进水口高边坡变形机理分析及工程意义

小湾水电站进水口高边坡地质条件及开挖坡型复杂，断层、节理裂隙发育并相互切割，坝顶平台至进水口底板平台平均开挖坡度88°，最大高差106m，其中垂直开挖段81m，最大水平退坡深度170余米。伴随边坡开挖过程中，边坡上部岩体产生了一系列的变形破裂现象，主要表现为沿混凝土坡面分布的张开宽度和延伸长度不一的裂缝及起壳现象。本文结合边坡的实际工程地质条件和监测结果数据，对变形破裂现象的形成机制进行了系统的分析。结果表明，裂缝产生的原因主要是由于地处高地应力区岩体在边坡开挖过程中产生的卸荷回弹表现，是正常的卸荷松弛变形。在此基础上，对边坡的稳定性分析表明，该边坡稳定性良好。     

锚杆对节理围岩稳定性影响的离散元研究

本文针对巷道围岩多被节理切割的特点,利用离散元研究了全长锚杆对节理围岩稳定性的影响。结果表明,尽早锚固,有利于围岩的稳定;同时,巷道各部位围岩的变形与破坏具有明显协同性或关联性,应预以系统考虑对围岩的加固。     

岩石边坡裂隙渗流的流形元模拟

为了能够更好地考虑裂隙渗流在岩石边坡破坏中的作用,在考虑裂纹扩展的数值流形方法程序基础上,从最小势能原理出发,阐述了渗流与变形的耦合作用机理并推导了相应的耦合方程,在程序中实现了对渗流与断裂的模拟。最后利用该程序对含初始裂隙的岩石边坡在渗流作用下的破坏过程进行了模拟。模拟结果很好地再现了边坡在渗流作用下的实际破坏过程。同时通过对裂纹扩展过程中应力强度因子的计算发现,第一应力强度因子始终大于第二应力强度因子,且随着计算时间增加,二者的差值逐渐增大,裂纹扩展以Ⅰ型为主。