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大跨度小净距隧道中夹岩爆破振动控制与损伤判别

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隧道建设（中英文） 2022年第3期42卷 406-413页

作者：李小刚周先齐杨杭澎付晓强俞缙中铁十二局集团第四工程有限公司陕西西安710000 厦门理工学院福建厦门361021 华侨大学福建省隧道与城市地下空间工程技术研究中心福建厦门361021

明确爆破动载作用下大跨度小净距隧道中夹岩柱的振动响应及累积损伤演化规律,有助于更好地保障隧道现场施工及围岩稳定。依托厦门海沧疏港通道工程项目,现场采用爆破测振与声波测试对中夹岩体的爆破振动速度及围岩声波速度进行监测与分... 详细信息

明确爆破动载作用下大跨度小净距隧道中夹岩柱的振动响应及累积损伤演化规律,有助于更好地保障隧道现场施工及围岩稳定。依托厦门海沧疏港通道工程项目,现场采用爆破测振与声波测试对中夹岩体的爆破振动速度及围岩声波速度进行监测与分析,并对原有的爆破方案进行优化,对循环爆破作用下中夹岩振动传播与损伤演化规律进行探究。研究结果表明:1)掏槽眼的装药量和自由面数量是影响中夹岩爆破振动速度的主要因素,通过优化爆破方案设置减振孔,使中夹岩振速降低了67.4%,最终控制中夹岩的最大质点峰值振动速度为12.67 cm/s,符合规范要求;并根据萨道夫斯基公式,回归得到中夹岩的振动响应规律。2)在多频次爆破作用下,侧面岩体声波速度整体高于中夹岩体,受应力波及裂隙的共同影响,围岩声波速度由中夹岩内部至隧道轮廓线呈波动式下降趋势,随着掌子面的不断远离,中夹岩累积损伤范围最终稳定在距围岩表面1.5 m范围内;通过现场监测与优化实现中夹岩爆破振动控制与累积损伤范围判定,保障了大跨度分岔隧道的高效安全掘进。

关键词：大跨度小净距隧道中夹岩声波测试爆破测振损伤范围海沧疏港通道分岔隧道

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锥型组合桩竖向承载力模型试验研究

防灾减灾工程学报 2022年第5期42卷 1097-1103页

作者：周先齐叶金铋金晓勤郭登圻厦门理工学院土木工程与建筑学院福建厦门361024 厦门理工学院风灾害与风工程福建省重点实验室福建厦门361024

阶梯型变截面桩竖向承载力大,但其在变径处应力集中现象明显,限制了该桩型的适用范围,为减轻其在变径处的轴力突变,将水平变截面设置为一定倾角,形成锥型组合桩。为了摸清该新桩型的竖向承载性能,基于室内模型试验对锥型组合桩在竖向荷... 详细信息

阶梯型变截面桩竖向承载力大,但其在变径处应力集中现象明显,限制了该桩型的适用范围,为减轻其在变径处的轴力突变,将水平变截面设置为一定倾角,形成锥型组合桩。为了摸清该新桩型的竖向承载性能,基于室内模型试验对锥型组合桩在竖向荷载作用下的力学响应进行测试,并与传统等截面桩、阶梯型桩进行对比,揭示锥型组合桩的竖向承载机理。模型试验依据相似理论进行设计,在试验中保持三种桩型的体积近似相等,竖向荷载采用分级加载,获取桩顶沉降曲线以及桩身轴力分布。研究结果表明:(1)等截面桩的竖向承载力最小,阶梯型桩的竖向承载力居中,锥型组合桩的竖向承载力最大;(2)等截面桩的轴力随深度增大近似线性减小,阶梯型桩在截面变小处轴力发生突变,产生应力集中,锥型组合桩在上下两个截面变化处轴力未发生显著突变,在下变截面处往下一定位置产生轴力极大值,轴力分布较为均衡;(3)等截面桩侧阻力占比随荷载增大急剧减小,阶梯型桩侧阻力占比随着荷载非线性变化,锥型组合桩侧阻力占比稳定在55%左右;(4)锥型组合桩既可以发挥阶梯型桩承载力大的优点,又可以克服阶梯型桩在变截面处的轴力突变问题,竖向承载力大于阶梯型桩,具有良好的工程应用价值。

关键词：锥型组合桩模型试验倾角竖向承载力

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向家坝大型地下厂房长期稳定性研究

地下空间与工程学报 2012年第5期8卷 1026-1033,1047页

作者：周先齐王伟厦门理工学院福建厦门361024 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室南京210098 河海大学岩土工程科学研究所南京210098

对地下洞室的长期观测和量测都表明,许多在成洞之初呈现稳定的岩体,由于变形随着时间推移而不断发展,经过一段时间之后,洞体可能失稳或坍塌破坏,特别是大型地下洞室,地质条件复杂、开挖时间长、扰动大,其长期稳定性更值得关注。向家坝... 详细信息

对地下洞室的长期观测和量测都表明,许多在成洞之初呈现稳定的岩体,由于变形随着时间推移而不断发展,经过一段时间之后,洞体可能失稳或坍塌破坏,特别是大型地下洞室,地质条件复杂、开挖时间长、扰动大,其长期稳定性更值得关注。向家坝地下厂房为一超大型地下洞室,开挖跨度在国内外已建、在建和拟建的水电站中居第一,其跨度和规模均居世界前列。洞室围岩地质条件复杂,岩性较差,有不稳定块体,地下水较为丰富,岩石透水性较好,且夹杂有多条软弱夹层,对地下厂房长期运行不利。基于此,通过试验得到了地下厂房围岩的长期强度;结合实际工程中常用的变形和流变速率,提出了洞室最佳支护时间、长期稳定流变时间、最大流变变形的判据;对洞室支护措施进行了模拟,对其支护效果进行了评价。经过总结分析,得到了对工程有指导性的结论。

关键词：大型地下厂房长期强度最佳支护时间最大流变变形长期稳定性

基于三维弹塑性有限元的洞室稳定性参数敏感性灰关联分析

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岩石力学与工程学报 2009年第A2期28卷 3885-3893页

作者：聂卫平徐卫亚周先齐河海大学岩土工程研究所江苏南京210098

综合考虑岩体物理参数的不确定性,针对常规敏感性分析方法所存在的不足,提出基于弹塑性有限元的洞室稳定性参数敏感性灰关联分析方法,并确定点安全系数为考核指标,确定岩体弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角等强度参数为敏感性影响参... 详细信息

综合考虑岩体物理参数的不确定性,针对常规敏感性分析方法所存在的不足,提出基于弹塑性有限元的洞室稳定性参数敏感性灰关联分析方法,并确定点安全系数为考核指标,确定岩体弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角等强度参数为敏感性影响参数。以金沙江两家人水电站地下厂房区洞室为例,对开挖后的地下洞室典型断面点安全系数的诸多影响参数进行敏感性分析,结果表明:不同的影响参数变化对洞室稳定的点安全系数影响有差异,因洞室开挖后,拱顶或边墙处于临空状态,而拐角点受洞壁约束更大,所以洞室拐角点安全系数比临近拱顶或边墙节点要大。点安全系数的敏感度是考虑综合影响参数的结果,采用灰关联分析方法分析表明,对地下厂房洞室典型断面点安全系数影响程度最大的为黏聚力和内摩擦角,其次为弹性模量和泊松比。从而克服了单因素常规参数敏感性分析的局限性,使得影响参数对点安全系数影响的灵敏程度排序得到统一,并与数力学分析结论一致,得到很好验证,为洞室稳定性支护材料的选取提供指导作用,对黏聚力和内摩擦角的要求应更加重视。

关键词：数值分析弹塑性有限元灰关联分析敏感性分析洞室稳定性影响参数点安全系数

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高地震烈度区岩体地下洞室动力响应分析

岩石力学与工程学报 2009年第3期28卷 568-575页

作者：王如宾徐卫亚石崇周先齐河海大学岩土工程研究所江苏南京210098

考虑地震荷载特征及地下洞室的特点,利用动力时程分析法,对金沙江两家人水电站地下厂房洞室进行地震动力响应分析。研究自然地震波作用下,有无衬砌工况下的厂房洞室相对位移、点安全系数变化趋势,分析地震波穿越地下洞室时位移变化规律... 详细信息

考虑地震荷载特征及地下洞室的特点,利用动力时程分析法,对金沙江两家人水电站地下厂房洞室进行地震动力响应分析。研究自然地震波作用下,有无衬砌工况下的厂房洞室相对位移、点安全系数变化趋势,分析地震波穿越地下洞室时位移变化规律及厂房洞室衬砌抗震效果。结果发现:地震波传播除了受介质、结构面分布的影响外,还受岩体洞室面的影响,洞室自由面附近岩体的振动强度被放大;地下洞室断面质点最大相对位移、点安全系数波动规律与地震波谱相似;地下洞室壁及F4断层未出现较大永久性位移,处于弹性可恢复范围;施加衬砌后洞室的振动强度降低,洞室围岩刚度增大,其所承受的地震荷载亦随之增大,而位移减小,支护后洞室最大相对位移及永久性位移比无支护工况下分别平均下降10.88%和29.20%,洞室衬砌抗震效果良好。研究结果可为类似工程问题提供参考。

关键词：岩石力学地下洞室高地震烈度区动力时程分析法地震荷载支护效果

扁平超大断面隧道的施工力学特征及其动力稳定性分析

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上海交通大学学报 2015年第7期49卷 1023-1029页

作者：施有志李建锋李汪颖周先齐厦门理工学院土木工程与建筑学院福建厦门361021 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 平潭综合实验区交通与建设工程质量安全监督站福建平潭350400 西安交通大学航空航天学院西安710049

针对超大断面小近距隧道支护设计中的围岩压力分布、位移变形特征问题,以牛寨山双洞八车道公路隧道为研究对象,建立了考虑工程实际地形、工程地质的三维有限元模型,开展了隧道开挖的施工力学形态数值模拟分析,得到了隧道施工过程中隧道... 详细信息

针对超大断面小近距隧道支护设计中的围岩压力分布、位移变形特征问题,以牛寨山双洞八车道公路隧道为研究对象,建立了考虑工程实际地形、工程地质的三维有限元模型,开展了隧道开挖的施工力学形态数值模拟分析,得到了隧道施工过程中隧道围岩变形规律,探讨了小净距大断面隧道近接施工的影响规律.结果表明,小净距大断面隧道所表现出来的施工力学特性复杂,由于偏压的影响,围岩整体水平位移呈非对称分布,最大水平位移发生在南线隧道拱肩处,隧道拱顶下沉最大值发生在先行洞,隧道仰拱处隆起较大;应力集中在两洞仰拱和拱脚处.在此基础上,开展了隧道开挖后的动力有限元计算,分析了洞口段地震力作用下的动力响应,评价了其动力稳定性.计算结果可为优化设计、指导隧道施工以及为隧道稳定性和支护结构安全性评价提供参考.

关键词：超大断面小近距隧道施工力学围岩应力支护设计动力响应

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黏塑流变本构模型力学参数辨识研究

地下空间与工程学报 2015年第3期11卷 632-641页

作者：周先齐王洁陈自力厦门理工学院福建厦门361024 南京市水利规划设计院有限责任公司南京220022

伴随着各种复杂地质条件,大型地下洞室围岩流变特性与其长期稳定性密切相关,流变本构模型是认识围岩流变力学特性非常重要的一个方面。流变本构模型力学参数是流变本构模型准确应用的一个首要条件。本文主要开展了三个方面的工作:(1)研... 详细信息

伴随着各种复杂地质条件,大型地下洞室围岩流变特性与其长期稳定性密切相关,流变本构模型是认识围岩流变力学特性非常重要的一个方面。流变本构模型力学参数是流变本构模型准确应用的一个首要条件。本文主要开展了三个方面的工作:(1)研究推导了岩体黏塑流变本构模型,对其力学参数进行了理论分析;(2)对砂岩进行了不同围压下瞬时三轴压缩试验和三轴流变压缩试验,得到了砂岩相关试验数据,其可以较好的反映砂岩的瞬时力学特性和流变力学特性;(3)基于不同围压下瞬时三轴压缩试验和三轴流变压缩试验,结合改进粒子群优化算法,对流变本构模型的力学参数进行了拟合优化,得到了不同围压下整体流变力学参数。与试验数据对比发现,拟合得到的流变模型力学参数可以较好的反映岩体的流变力学特性,可以为流变本构模型实际应用提供参考。

关键词：大型地下厂房黏塑流变本构模型参数辨识粒子群算法三轴流变试验

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双洞八车道大断面隧道地震动力响应数值分析

地震工程学报 2016年第4期38卷 510-518页

作者：施有志车爱兰周先齐尚武孝厦门理工学院土木工程与建筑学院福建厦门361021 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 中铁一局集团有限公司陕西西安710054

为研究双洞八车道超大断面隧道在地震力作用下的动力响应特征,以平潭综合实验区牛寨山隧道为工程背景,建立双洞八车道隧道的三维有限元数值计算模型。采用时程分析方法,在模型底部输入水平向地震动荷载,计算隧道结构在地震动荷载作用下... 详细信息

为研究双洞八车道超大断面隧道在地震力作用下的动力响应特征,以平潭综合实验区牛寨山隧道为工程背景,建立双洞八车道隧道的三维有限元数值计算模型。采用时程分析方法,在模型底部输入水平向地震动荷载,计算隧道结构在地震动荷载作用下的响应,包括位移、加速度及应力的变化。结果表明:最大水平和竖向位移出现在拱顶处,南线浅埋隧道整体呈剪切响应;隧道最大水平加速度出现在南线隧道拱顶偏左处,最大垂直加速度出现在南线隧道拱顶偏右处,南线隧道洞口由于浅埋,关键部位响应差较北线要大;南线的右拱肩埋深最浅,该部位拉应力最大,而北线拱顶的拉应力区最大,拱脚也出现明显的拉或压应力。建议在隧道洞口段的拱顶、拱脚及埋深最浅的部位应加强抗震设防。

关键词：八车道隧道地震动力响应数值分析

岩石应变软化模型在深埋隧洞数值分析中的应用

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岩石力学与工程学报 2009年第6期28卷 1116-1127页

作者：周家文徐卫亚李明卫周先齐石崇四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点试验室四川成都610065 河海大学岩土工程研究所江苏南京210098 中国水电工程顾问集团公司贵阳勘测设计研究院贵州贵阳550002

随着地下洞室的大量兴建,且埋深越来越深,深埋地下洞室的开挖稳定性问题显得非常重要。针对深埋隧洞围岩特殊的力学特性表现,采用应变软化模型进行数值分析更为合适。首先,对深埋隧洞围岩力学特性和岩石应变软化模型进行简单分析,并且... 详细信息

随着地下洞室的大量兴建,且埋深越来越深,深埋地下洞室的开挖稳定性问题显得非常重要。针对深埋隧洞围岩特殊的力学特性表现,采用应变软化模型进行数值分析更为合适。首先,对深埋隧洞围岩力学特性和岩石应变软化模型进行简单分析,并且通过数值加载试验分析了Mohr-Coulomb弹塑性模型和应变软化模型计算得到岩石应力–应变关系之间的区别。然后,对简单圆形深埋隧洞进行数值分析,对比分析了Mohr-Coulomb弹塑性模型和应变软化模型计算结果之间的差别,分析主要针对围岩的变形、塑性区和安全系数。最后,采用应变软化模型对两家人水电站深埋地下洞室群进行计算分析,对该地下洞室群的开挖稳定性进行评价。计算结果表明,调压室主室两侧边墙和各洞室连接处的变形较大,较其他地方更危险,需要加强对调压室主室边墙和各洞室连接处的支护强度。

关键词：岩石力学深埋隧洞本构模型应变软化开挖稳定性数值分析