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走滑断层错动影响下跨活断层铰接隧洞破坏机制模型试验

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岩土力学 2022年第1期43卷 37-50页

作者：周光新盛谦崔臻王天强马亚丽娜付兴伟中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031 中交第二公路勘察设计研究院有限公司湖北武汉430056 中国长江三峡集团有限公司北京100038

以滇中引水香炉山隧洞为背景工程,通过小尺度物理模型试验,对断层错动模拟过程中的隧洞上覆围岩破裂形态、衬砌破坏形态和裂纹发展、应变分布特征等关键响应特征开展试验分析,深入地研究了走滑断层错动影响下跨活断层铰接隧洞的破坏形... 详细信息

以滇中引水香炉山隧洞为背景工程,通过小尺度物理模型试验,对断层错动模拟过程中的隧洞上覆围岩破裂形态、衬砌破坏形态和裂纹发展、应变分布特征等关键响应特征开展试验分析,深入地研究了走滑断层错动影响下跨活断层铰接隧洞的破坏形式及破坏机制。在铰接隧洞抗错断设计参数作用机制方面,详细研究了衬砌节段长度、衬砌厚度、隧洞直径、隧洞轴线与断层带夹角、隧洞断面形式,衬砌材料力学特性等因素对铰接设计隧洞抗断性能的影响。研究结果表明:(1)当跨活断层隧洞不采用铰接设计时,在断层错动作用下隧洞破坏模式为剪切和弯曲组合破坏,衬砌破坏程度严重,存在剥离脱落现象。隧洞截面呈现椭圆化变形,整体坍塌趋势明显;在当前试验中,无铰接隧洞破坏范围达4W_(f)(W_(f)为断层带的宽度)。(2)当跨活断层隧洞采用铰接设计时,在断层错动作用下隧洞整体变形呈现S形,衬砌结构破坏形式为节段间的转动和错台,衬砌节段相对完整,破坏程度较轻;当前试验中,铰接隧洞破坏范围为2.14W_(f),相较于无铰接隧洞减少48%,表明铰接设计可改变活断层错断作用下隧洞的变形破坏模式,并减小隧洞结构的损伤范围。(3)铰接设计条件下,隧洞衬砌结构应变峰值主要分布在断层带内,隧洞易发生屈服破坏;与无铰接隧洞相比,铰接隧洞左右边墙纵向最大拉应变减少了56%,纵向最大压应变减少了68%,进一步表明铰接设计可以有效提高隧洞的抗错断性能。(4)在铰接隧洞抗错断设计参数作用机制方面,研究表明增加衬砌厚度、增加衬砌混凝土强度等级、减小节段长度、减小隧洞直径均可提高铰接隧洞的抗错断性能,隧洞穿越断层带的最佳角度为正交,圆形断面相较于三心圆断面可提升铰接隧洞的抗断能力。综上所述,研究成果可以为跨活断裂隧洞工程抗错断措施提供必要的理论参考和技术支持。

关键词：隧洞工程走滑断层模型试验破坏形式铰接设计

蠕滑错断-强震时序作用下跨活断裂隧道变形破坏机制初步研究

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岩土力学 2022年第5期43卷 1364-1373页

作者：崔臻盛谦李建贺付兴伟中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049 长江勘测规划设计研究有限责任公司湖北武汉430010 中国长江三峡集团有限公司北京100038

在以往对跨活断裂隧道变形破坏机制研究中,往往分别单独研究蠕滑错断与强震两种效应,忽略了在强震区两种效应往往同时对隧道具有威胁的可能性。基于此,讨论了蠕滑错断-强震时序作用对强震区隧道的影响。在室内试验数据的基础上,考虑相... 详细信息

在以往对跨活断裂隧道变形破坏机制研究中,往往分别单独研究蠕滑错断与强震两种效应,忽略了在强震区两种效应往往同时对隧道具有威胁的可能性。基于此,讨论了蠕滑错断-强震时序作用对强震区隧道的影响。在室内试验数据的基础上,考虑相对错动条件下岩石-衬砌接触面、隧道混凝土衬砌材料的非线性弱化特征,研究隧道在先后发生活断裂错断与强震作用下的变形响应与破坏特征。引入了“柔性铰接”设计概念作为隧道的针对性工程措施,并验证了铰接设计的效果。开展了详细的参数研究,讨论了铰接设计中一些重要设计参数的影响。研究结果表明:(1)仅受到断层作用时,隧道的影响与破坏仅限于断层带部分,而隧道的其他部分基本保持相对完好;(2)隧道衬砌在蠕滑错断-强震时序作用下,隧道衬砌出现了明显的椭圆形变形和顶板沉降,导致隧道衬砌沿起拱线也出现明显的破坏现象。具有初始错断损伤的隧道在地震作用下会遭受更严重的破坏,破坏程度随初始错断距离的增加而增加;(3)铰接设计可以在时序组合作用下减少相对变形并提高隧道的安全程度,但铰接设计带来的安全程度的提高仅限于设防范围内;(4)建议设防长度的最佳范围为略大于断层宽度即可,节段长度越小,对改善隧道安全裕度越有利,而增加错断缝宽度几乎并不能提高隧道在蠕滑错断-强震时序组合下的表现。研究成果作为初步探索,可为进一步提高我国西部强震区地下工程的抗震抗错断能力提供一定的参考。

关键词：隧道断层错动强震岩-混凝土相互作用柔性接头

密集建筑群下大断面隧道施工反馈分析及安全性控制研究

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岩石力学与工程学报 2010年第4期29卷 795-803页

作者：杨平覃卫民杨育王涛中国地质大学工程学院湖北武汉430074 中基发展建设工程有限责任公司北京100022 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 厦门路桥建设集团有限公司福建厦门361026 长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室湖北武汉430010

厦门梧村隧道施工影响区域内建筑物密集,具有超浅埋、大跨度、工艺复杂、工序繁多、地面建筑物保护要求高等高风险特征,在隧道施工过程中研究并实施复杂地质情况和周边环境条件下隧道的动态反馈分析方法。现场监测内容有建筑物及地表沉... 详细信息

厦门梧村隧道施工影响区域内建筑物密集,具有超浅埋、大跨度、工艺复杂、工序繁多、地面建筑物保护要求高等高风险特征,在隧道施工过程中研究并实施复杂地质情况和周边环境条件下隧道的动态反馈分析方法。现场监测内容有建筑物及地表沉降、建筑物裂缝、建筑物倾斜、隧道拱顶沉降、隧道围岩收敛、土体深部位移、土体分层沉降、爆破震动、地下水位等,对重要建筑物还采用静力水准仪进行自动化监测。在对梧村隧道进行施工反馈分析过程中,按照ISO9001质量认证体系要求建立一个完善、高效的运作体系,根据城市隧道工程修建经验以及梧村隧道前期研究成果,对隧道施工对周边环境以及隧道自身结构的影响进行监测,除采取常规监测手段外,以建筑物不均匀沉降自动化监测、监测信息管理和预测预报系统、局域网和广域网进行监测信息反馈、桌面报警系统和电子显示板等预警设施等先进技术来开展施工反馈分析工作,使梧村隧道施工反馈分析工作具有鲜明的信息化特色。

关键词：隧道工程密集建筑群现场监测信息反馈信息化施工

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多裂纹岩石单轴压缩渐进破坏过程精细测试

岩石力学与工程学报 2010年第3期29卷 465-470页

作者：周火明杨宇张宜虎范雷左永振王祥长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室湖北武汉430010 湖北省电力勘测设计院湖北武汉430024

综合运用声发射定位技术的灵敏性以及CT技术的直观性等特点,实现对多裂纹岩石单轴压缩渐进破坏过程的精细测试。通过分析加载过程中声发射定位事件、CT扫描切片以及CT数的变化,获取多裂纹岩石裂纹扩展破坏过程。加载之初,岩石试件虽总... 详细信息

综合运用声发射定位技术的灵敏性以及CT技术的直观性等特点,实现对多裂纹岩石单轴压缩渐进破坏过程的精细测试。通过分析加载过程中声发射定位事件、CT扫描切片以及CT数的变化,获取多裂纹岩石裂纹扩展破坏过程。加载之初,岩石试件虽总体上表现为裂纹压密,但局部仍可追踪试件内部原生裂纹起始扩展,并随载荷增加向两端逐渐扩展、渐进破坏直至形成贯通破裂面。为探索岩石微细观破坏机制和裂纹扩展演变规律,推进岩石力学试验可视化技术的发展奠定基础。

关键词：岩石力学多裂纹岩石渐进破坏裂纹扩展过程声发射定位技术 CT扫描技术

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岩体载荷蠕变试验方法研究

岩石力学与工程学报 2009年第10期28卷 2121-2127页

作者：熊诗湖周火明钟作武长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室湖北武汉430010

由于试件尺寸效应以及试验边界条件与工程岩体工作状态的差异,室内流变试验结果难以准确反映工程岩体流变性质,一些重大水电工程实施了现场岩体蠕变试验,其中现场载荷蠕变试验采用较多,但该试验方法存在一些不完善之处,建议采用五参量广... 详细信息

由于试件尺寸效应以及试验边界条件与工程岩体工作状态的差异,室内流变试验结果难以准确反映工程岩体流变性质,一些重大水电工程实施了现场岩体蠕变试验,其中现场载荷蠕变试验采用较多,但该试验方法存在一些不完善之处,建议采用五参量广义Kelvin模型描述岩体蠕变特征,并采用一级加载方式进行试验,且荷载水平应与工程荷载相一致。推导岩体载荷蠕变试验五参量广义Kelvin蠕变公式,并验证恒载时间t=0,t→∞时,蠕变公式与弹性变形公式的统一性。最后,给出工程试验实例,采用非线性最小二乘曲线拟合法反演蠕变模型及其参数。反演结果表明,五参量广义Kelvin模型蠕变公式与试验曲线的相关性较好,明显优于三参量广义Kelvin模型。

关键词：岩石力学蠕变试验承压板加载广义Kelvin模型加载方式

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颗粒离散元方法中接触模型的开发

岩石力学与工程学报 2009年第A2期28卷 4040-4045页

作者：王涛吕庆李杨李宏明武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072 长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室湖北武汉430010

在对颗粒离散元方法的理论基础进行深入研究的基础上,推导了广义Kelvin模型颗粒间接触力的理论解和数值解;采用面向对象的程序技术,通过颗粒离散元程序的接口,研制了广义Kelvin接触模型颗粒离散元计算程序;通过算例,验证了程序编制的正... 详细信息

在对颗粒离散元方法的理论基础进行深入研究的基础上,推导了广义Kelvin模型颗粒间接触力的理论解和数值解;采用面向对象的程序技术,通过颗粒离散元程序的接口,研制了广义Kelvin接触模型颗粒离散元计算程序;通过算例,验证了程序编制的正确性。在此基础上,以某深埋隧洞为例,计算不同接触本构模型条件下岩体的开裂破坏情况。结果表明,相对于弹性接触关系,采用广义Kelvin接触模型得出的结果与由Hoek-Brown强度准则得出的计算图更为接近。

关键词：数值分析接触模型离散元方法广义Kelvin模型隧洞

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高地震烈度区粉土地基抗液化及隧道抗震研究

地下空间与工程学报 2017年第S1期13卷 332-338页

作者：张焕强向晓辉长江勘测规划设计研究院武汉430010 中铁第四勘察设计院集团有限公司武汉430063

昆明东外环下穿隧道工程是昆明南火车站枢纽工程中的一个重大项目,在勘察过程中发现K2+100~K2+200隧段含两层粉土层,且其中一层紧靠隧道设计底板。由于该工程处于高地震烈度区,在地震作用下粉土极易发生液化,直接影响到上部隧道结构的... 详细信息

昆明东外环下穿隧道工程是昆明南火车站枢纽工程中的一个重大项目,在勘察过程中发现K2+100~K2+200隧段含两层粉土层,且其中一层紧靠隧道设计底板。由于该工程处于高地震烈度区,在地震作用下粉土极易发生液化,直接影响到上部隧道结构的稳定。针对该工程实例,利用FLAC^(3D)软件开展了高地震烈度区粉土地基抗液化及不同隧道衬砌混凝土强度等级与衬砌厚度等条件下的隧道抗震研究。计算结果表明,在设计地震动加速度为0.2 g的条件下,该工程粉土地基超孔压比约为0.2,粉土地基不会发生液化;随着衬砌厚度的增加,衬砌弯矩和剪力总体呈现增长趋势,而混凝土强度等级的变化对衬砌的受力影响很小。分析结果初步揭示了可液化土中隧道结构的抗震特性,可为设计所参考。

关键词：粉土地基地震液化隧道抗震数值分析

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深基坑支撑梁传爆方式对邻近结构物的影响

爆破 2020年第2期37卷 85-91页

作者：何理钟冬望马建军伍岳杜泉李鹏明凯宋琨长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室武汉430010 武汉科技大学冶金工业过程系统科学湖北省重点实验室武汉430065 北京兴油工程项目管理有限公司北京100083 三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室宜昌443002

深基坑钢筋混凝土支撑梁安全高效拆除是城市地下空间高效利用的前提。结合武汉某深基坑支撑梁爆破拆除工程实际,运用理论分析与现场试验方法,分析支撑梁爆破拆除不同传爆方式对邻近既有结构的影响,对比不同传爆方式情况下邻近建筑物处... 详细信息

深基坑钢筋混凝土支撑梁安全高效拆除是城市地下空间高效利用的前提。结合武汉某深基坑支撑梁爆破拆除工程实际,运用理论分析与现场试验方法,分析支撑梁爆破拆除不同传爆方式对邻近既有结构的影响,对比不同传爆方式情况下邻近建筑物处振动响应状况。结果表明:通过小药量炮孔同时起爆在支撑梁与围檩连接处形成隔振槽,可有效阻隔支撑梁拆除爆破振动波的传播,减小爆破振动强度及其对基坑围护结构和邻近建(构)筑物的影响,降振率最高可达86.8%;支撑梁不同构件类型及部位炸药单耗不同,综合考虑爆破拆除成本、效果及安全等因素确定内侧主撑、次撑、节点及外侧主撑的最佳炸药单耗分别为0.52 kg/m 3、0.46 kg/m 3、1.02 kg/m 3和0.52 kg/m 3,研究成果可为类似城市复杂环境深基坑支撑梁爆破拆除提供工程借鉴。

关键词：支撑梁爆破拆除传爆方式降振率拆除效果

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低概率水平岩质边坡系统可靠度分析

岩土力学 2018年第8期39卷 2991-3000页

作者：蒋水华刘贤姚池杨建华黄劲松江先河南昌大学建筑工程学院江西南昌330031 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 江西水利职业学院江西南昌330013

针对目前含多个相关失效模式的低概率水平岩质边坡系统可靠度分析的难题,提出了基于子集模拟的岩质边坡系统可靠度分析方法,推导了典型边坡系统失效概率计算表达式。为表征不同失效模式间的相关性,提出采用max和min函数构建边坡系统功... 详细信息

针对目前含多个相关失效模式的低概率水平岩质边坡系统可靠度分析的难题,提出了基于子集模拟的岩质边坡系统可靠度分析方法,推导了典型边坡系统失效概率计算表达式。为表征不同失效模式间的相关性,提出采用max和min函数构建边坡系统功能函数。并通过含多个相关失效模式的双滑块岩质边坡及锦屏一级左岸坝肩边坡系统可靠度分析验证了提出方法的有效性。结果表明:提出方法计算效率明显高于蒙特卡洛模拟方法,计算精度优于一阶等效近似方法、N维等效方法和Ditlevsen上下限方法,可为解决低概率水平复杂岩质边坡系统可靠度问题提供一个重要的工具。此外,通过max和min函数构建的边坡系统功能函数不仅可以准确地表征边坡不同失效模式间的相关性,而且可为边坡系统可靠度分析提供便利。

关键词：岩质边坡系统可靠度多失效模式小失效概率子集模拟