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含节理岩石试件的卸荷变形特性研究

岩石力学与工程学报 2010年第4期29卷 697-704页

作者：夏才初李宏哲刘胜同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 北京中交桥宇科技有限公司北京100176

开展含节理岩石试件在主应力差卸载路径下的变形特性试验,试验发现:(1)恒定σ3减小σ1卸载主应力差过程中,完整岩石卸载变形曲线与加载变形曲线基本重合,但节理试件加卸载变形曲线表现出较大差异,且卸载后试件轴向和环向均出现较大残余... 详细信息

开展含节理岩石试件在主应力差卸载路径下的变形特性试验,试验发现:(1)恒定σ3减小σ1卸载主应力差过程中,完整岩石卸载变形曲线与加载变形曲线基本重合,但节理试件加卸载变形曲线表现出较大差异,且卸载后试件轴向和环向均出现较大残余应变;(2)按照2种不同路径卸载主应力差时,含节理试件变形特征存在很大差异。为从理论上研究含节理试件变形特征并解释上述试验现象,建立节理加卸载本构模型,并提出确定模型参数的方法。研究表明:用节理面加载与卸载变形特征的差异,从理论和试验结果两方面能很好地解释含节理岩石试件加卸载变形特性的差异以及在不同卸荷应力路径下的变形差异。研究成果可以反映含单组节理岩体的加卸载变形特性。

关键词：岩石力学节理卸荷试验变形特性节理本构模型

特大断面连拱隧道中墙偏压机制及施工影响分析

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岩石力学与工程学报 2010年第A1期29卷 2819-2826页

作者：许崇帮夏才初王华牢同济大学地下建筑与工程系上海200092 交通运输部公路科学研究院北京100088 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092

中墙作为连拱隧道的主要承载结构,自身的稳定性直接影响着隧道工程整体的稳定性,是连拱隧道设计和施工的重点。中墙失稳的主要力学原因是中墙受力不均而产生偏压失稳,因此,控制中墙稳定的关键是控制中墙偏压及其偏压程度。中墙偏压的出... 详细信息

中墙作为连拱隧道的主要承载结构,自身的稳定性直接影响着隧道工程整体的稳定性,是连拱隧道设计和施工的重点。中墙失稳的主要力学原因是中墙受力不均而产生偏压失稳,因此,控制中墙稳定的关键是控制中墙偏压及其偏压程度。中墙偏压的出现源于隧道工程自身的地层偏压和非对称式施工产生的施工偏压,根据中墙受力状态可以确定地层偏压、施工偏压下中墙偏压的条件及偏压发生部位;利用有限元计算方法对地层偏压、施工偏压条件下不同施工工序进行计算,分析不同工序对中墙偏压的影响;根据得到的规律对施工工序进行优化分析;最后,给出双向八车道连拱隧道的工程实例。

关键词：隧道工程连拱隧道中墙偏压控制施工偏压地层偏压

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节理剪切应力–位移本构模型及剪胀现象分析

岩石力学与工程学报 2011年第5期30卷 917-925页

作者：唐志成夏才初肖素光同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 同济大学地下建筑与工程系上海200092

在法向与切向荷载的共同作用下,节理剪切应力–位移曲线宏观表现为峰前呈剪切硬化、峰后呈剪切软化现象:当微凸体爬坡效应占主导地位时,宏观表现为剪切硬化;当微凸体在剪切过程中磨损累积到一定程度时,宏观表现为剪切软化。剪胀硬化、... 详细信息

在法向与切向荷载的共同作用下,节理剪切应力–位移曲线宏观表现为峰前呈剪切硬化、峰后呈剪切软化现象:当微凸体爬坡效应占主导地位时,宏观表现为剪切硬化;当微凸体在剪切过程中磨损累积到一定程度时,宏观表现为剪切软化。剪胀硬化、磨损软化共同控制节理的剪切力学行为。在详细分析已有的剪切应力–位移本构模型的局限性的基础上,提出硬化–软化全剪切本构模型,采用单个函数反映节理剪切位移曲线的变化特征,其优点为:(1)避免分段讨论剪切位移曲线特征、分段求取拟合参数的麻烦;(2)在整个讨论区域内存在一个峰值且峰值处斜率为0;(3)当剪切位移足够大时,强度趋于残余值,体现出节理面材料的力学特征。对不同类型的剪切位移曲线进行分析,该模型均表现出较强的适应性。同时分析现有的剪胀模型,其主要缺陷是不能反映初始剪缩现象与体现真正的剪胀起始点。在分析典型剪胀曲线基本特征的基础上,采用分段函数考虑剪胀特征,能较好地拟合剪胀曲线。

关键词：岩石力学节理剪切应力–位移曲线本构模型剪胀

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相思岭连拱隧道中墙应力研究

岩石力学与工程学报 2000年第Z1期19卷 1115-1119页

作者：夏才初刘金磊同济大学地下建筑与工程系上海200092

根据三种方法计算的相思岭隧道的围岩压力 ,用有限元法分析了连拱隧道的中墙应力 ,通过与实测中墙应力值的比较 ,得到了确定中墙应力时较为准确的围岩压力计算方法 ,并分析了围岩弹性抗力对连拱隧道中墙应力的影响。

关键词：连拱隧道,中墙应力,围岩压力

盾构隧道管片环纵向接头抗弯刚度值的不动点迭代确定方法

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岩石力学与工程学报 2014年第5期33卷 901-912页

作者：夏才初曾格华卞跃威同济大学土木工程学院地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092

盾构隧道管片环纵向接头构造复杂,偏压荷载作用下,其变形具有明显的非线性特征,合理的接头抗弯刚度值是运用梁–弹簧模型进行盾构隧道管片环断面设计、计算的前提,而该抗弯刚度值与接头截面处内力组合情况密切相关。针对双衬垫式管片环... 详细信息

盾构隧道管片环纵向接头构造复杂,偏压荷载作用下,其变形具有明显的非线性特征,合理的接头抗弯刚度值是运用梁–弹簧模型进行盾构隧道管片环断面设计、计算的前提,而该抗弯刚度值与接头截面处内力组合情况密切相关。针对双衬垫式管片环纵向接头,利用已有简化力学模型,提出一定轴压作用下,接头各变形模式及各模式下的抗弯刚度解析式,并将已有管片接头各工况加载试验的转角实测值与对应变形模式的理论计算值进行对比,验证了其工程设计适用性。根据接头各变形模式下抗弯刚度解析式,结合基于梁–弹簧模型考虑接头刚度差异性的管片环内各纵向接头处截面内力解析式,构造关于管片环内各纵向接头抗弯刚度值的非线性方程组,由数值计算软件Maple编写该接头刚度非线性方程组的不动点迭代求解程序,多次试算最终得到合理的管片环内各纵向接头抗弯刚度值。

关键词：隧道工程盾构隧道接头抗弯刚度变形模式不动点迭代

TJXW–3D型便携式岩石三维表面形貌仪的研制

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岩石力学与工程学报 2008年第7期27卷 1505-1512页

作者：夏才初王伟丁增志同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室

TJXW–3D型便携式岩石三维表面形貌仪采用立体视觉法、结构光法和双目成像原理,对被测岩石的表面进行面测量。该形貌仪主要由2个高精度的工业摄像头、2个工业镜头、数字光栅投影装置、云台、三角架和用于数据采集的计算机组成。摄像头... 详细信息

TJXW–3D型便携式岩石三维表面形貌仪采用立体视觉法、结构光法和双目成像原理,对被测岩石的表面进行面测量。该形貌仪主要由2个高精度的工业摄像头、2个工业镜头、数字光栅投影装置、云台、三角架和用于数据采集的计算机组成。摄像头的分辨率为1.44×106 pixel,一次测量的最大面积可以人工调节,范围为200 mm×150 mm～400 mm×300 mm,最高测量精度为0.02 mm;测量时间短,一次测量仅需10 s;仪器仅重10 kg,可以拆开装入2个0.4 m×0.3m×0.2 m的盒子里,方便携带至现场。仪器所配套的测量与分析软件,可以对岩石表面的三维形貌进行图形显示与分析。与其他同类设备相比,具有以下显著特点:(1)每次对一个面上的数据进行测量,既节约了时间,又避免了多次测量产生的误差;(2)对于岩石表面形貌的测量而言,精度高,可以很好地反映出岩石表面的细节;(3)一次测量的最大有效面积可以调节,超出最大测量面积的被测表面,可以通过分块测量,并利用设置特征点将多次测量结果拼接的方法实现;(4)便于携带,可以在现场使用。该形貌仪的成功研制为岩石表面形貌学、节理面力学性质和渗流特性等的有关理论和应用研究提供了重要的技术装备。

关键词：岩石力学表面形貌立体视觉双目式光栅投影结构光

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冻融作用下多年冻土隧道结构及围岩变形规律

哈尔滨工程大学学报 2020年第7期41卷 1016-1021页

作者：夏才初白雪莹韩常领同济大学土木工程学院上海200092 绍兴文理学院土木工程学院浙江绍兴312000 中交第一公路勘察设计研究院有限公司陕西西安710075

为研究多年冻土隧道结构、围岩的冻融变形规律以及含水量对隧底围岩冻融循环次数和变形的影响,本文采用有限元方法进行数值模拟,采用热-力场耦合计算隧道、围岩的传热变形过程。计算结果表明:在运营期内,隧底冻土围岩及路面的融沉位移... 详细信息

为研究多年冻土隧道结构、围岩的冻融变形规律以及含水量对隧底围岩冻融循环次数和变形的影响,本文采用有限元方法进行数值模拟,采用热-力场耦合计算隧道、围岩的传热变形过程。计算结果表明:在运营期内,隧底冻土围岩及路面的融沉位移逐年减小,总体呈现向上回升趋势;冻结期隧底围岩的回冻变形减轻了融沉变形导致的隧道不均匀变形程度,因此应重点控制施工期内隧底围岩的融化沉降,加强隧底保温措施以减少围岩在运营期所经历的冻融循环次数;冻土围岩含水量越高,运营期内隧底冻土回冻速度越快,隧底围岩含水量超过27%时,融沉所导致的路面横向不均匀融沉变形将对路面的排水带来不利影响。

关键词：隧道多年冻土冻融循环围岩变形含水量数值模拟

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考虑衬砌和隔热层的寒区隧道温度场解析解

岩石力学与工程学报 2010年第9期29卷 1767-1773页

作者：夏才初张国柱肖素光同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092

将隧道非齐次的瞬态传热分解为周期函数边界下的瞬态传热和恒温边界下的稳态传热,利用分离变量与Laplace变换相结合的方法,求解有保温隔热层的寒区隧道瞬态温度场的显式解析解。根据能量守恒,建立隧道洞内气体的气–固耦合传热模型,并... 详细信息

将隧道非齐次的瞬态传热分解为周期函数边界下的瞬态传热和恒温边界下的稳态传热,利用分离变量与Laplace变换相结合的方法,求解有保温隔热层的寒区隧道瞬态温度场的显式解析解。根据能量守恒,建立隧道洞内气体的气–固耦合传热模型,并获得洞内气体年平均温度和温度振幅的显式解析解。衬砌温度影响因素分析表明,随着隧道埋深和年平均气温的增加,二衬内、外两侧的温度呈线性增加,当年平均气温低于0℃,季冻区隧道埋深小于80m时,5cm厚隔热层很难单独满足防寒需求,应与主动供暖措施联合;随着隔热层厚度的增加,二衬的温度呈增长趋势,但增长速率却逐渐减小;当隔热层厚度超过5cm时,通过增加隔热层厚度来提高衬砌温度要考虑其经济性。依据隧址区的气候及地形条件,采用工程类比和解析解相结合的方法分段计算隔热层厚度。与实测值对比结果表明,理论解满足工程精度要求。

关键词：隧道工程寒区隧道温度场解析解隔热层厚度分段计算

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节理在不同接触状态下的渗流特性

岩石力学与工程学报 2010年第7期29卷 1297-1306页

作者：夏才初王伟曹诗定同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 V同济大学地下建筑与工程系上海200092 闵行区建设工程安全质量监督站上海201100 上海市政工程设计研究总院上海200092

将取自雅砻江水电站锦屏二期工程施工现场的白色大理岩,采用劈裂法制成张拉性人工节理试件,用TJXW–3D型岩石节理表面形貌仪测量节理的表面形貌,并采用自行编制的表面形貌和组合形貌参数计算软件,分析其用以表征节理表面形貌的节理面二... 详细信息

将取自雅砻江水电站锦屏二期工程施工现场的白色大理岩,采用劈裂法制成张拉性人工节理试件,用TJXW–3D型岩石节理表面形貌仪测量节理的表面形貌,并采用自行编制的表面形貌和组合形貌参数计算软件,分析其用以表征节理表面形貌的节理面二维分形维数,以及用以表征组合形貌的节理内空腔的三维分形维数。对节理面进行错位,以改变其接触状态,然后进行不同接触状态下节理的渗流试验。将试验实测结果与传统的经验公式及各种修正公式的计算值进行比较,发现利用现有经验公式分析试验结果存在较大的偏差。通过对实测数据做进一步分析,发现表征节理表面形貌和组合形貌特征的分形维数也是影响节理渗透率的重要因素之一。综合考虑节理透过率以及表征节理形貌的分形维数等因素对节理渗透特性的影响,得到更为合理的节理渗流经验公式,该公式具有更广阔的应用前景。

关键词：岩石力学表面形貌组合形貌节理接触状态错位渗流分形