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软弱夹层引起围岩系统强度变化的试验研究

岩土工程学报 2009年第5期31卷 720-726页

作者：郭富利张顶立苏洁牛晓凯北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心北京100044 北京市市政工程研究院北京100037

堡镇隧道地质条件复杂,埋深大且地应力高,地下水丰富,岩体软弱破碎,隧道自稳能力差,存在顺层偏压。围岩变形具有"变形速度快、变形量大且破坏严重、持续时间长"的基本特征,同时又表现出时间上和空间上不均匀、不对称等诸多特性。通过对... 详细信息

堡镇隧道地质条件复杂,埋深大且地应力高,地下水丰富,岩体软弱破碎,隧道自稳能力差,存在顺层偏压。围岩变形具有"变形速度快、变形量大且破坏严重、持续时间长"的基本特征,同时又表现出时间上和空间上不均匀、不对称等诸多特性。通过对隧道左线出口段围岩变形量测资料和掌子面地质素描的比较分析后发现,掌子面有软弱夹层沿洞室径向分布时,其变形破坏程度较相邻段同类围岩严重得多,不同夹层厚度对围岩变形的影响程度也不同。因此,依据堡镇隧道开挖以来变形破坏程度最严重的高地应力炭质页岩段软弱夹层和围岩的典型组合结构,设计了不同厚度软弱夹层的三轴试验方案,进行了含软弱夹层围岩的室内三轴试验研究和三轴力学性质测试,描述了软弱夹层厚度为2.5 cm和围压为4 MPa时的全应力–应变曲线特征,探讨了系统强度变化规律,分析了围压和夹层厚度对系统强度变化的作用机理及特点。

关键词：软弱夹层高地应力大变形机理围岩稳定性岩石试验

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软弱夹层对水泥土单轴压缩影响研究

岩石力学与工程学报 2020年第2期39卷 398-412页

作者：陈鑫张泽李东庆张东明方德扬中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049 雅砻江水电开发有限公司四川成都610051

为探究软弱夹层厚度比对水泥土试样单轴压缩力学参数和破坏模式的影响规律,借鉴含单夹层盐岩的制样方法制备含不同软弱夹层厚度比的单夹层水泥土试样,进行室温和冻结状态下的单轴压缩试验。在室内试验研究的基础上采用PFC2D对水泥土单... 详细信息

为探究软弱夹层厚度比对水泥土试样单轴压缩力学参数和破坏模式的影响规律,借鉴含单夹层盐岩的制样方法制备含不同软弱夹层厚度比的单夹层水泥土试样,进行室温和冻结状态下的单轴压缩试验。在室内试验研究的基础上采用PFC2D对水泥土单轴压缩进行模拟,分析试样受荷后的细观力学响应机制。最后建立软弱夹层与荷载耦合作用下水泥土单轴压缩损伤本构模型,探讨软弱夹层厚度比对试样损伤变量演化的影响。研究结果表明:(1)室温和冻结状态下水泥土试样单轴抗压强度和弹性模量均随着软弱夹层厚度比的增加呈负指数规律衰减;破坏应变随软弱夹层厚度比增加呈抛物线变化规律。(2)PFC2D模拟得到的不同软弱夹层厚度比的水泥土试样单轴压缩力学参数以及破裂模式与室内试验结果比较吻合,数值模拟和室内试验均表明软弱夹层厚度对试样破坏模式影响较大。(3)软弱夹层与荷载耦合作用损伤本构模型能够较好地描述室温和冻结状态下含软弱夹层水泥土试样在单轴压缩荷载下的应力-应变关系,软弱夹层的存在使试样变形过程中损伤程度差异明显。软弱夹层厚度比越大,在很小的轴向应变时试样总损伤变量就达到很大值,试样很快就出现破坏。

关键词：土力学水泥土软弱夹层细观特性损伤本构模型

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软弱夹层对爆炸应力波传播过程的影响研究

振动与冲击 2020年第16期39卷 112-119,147页

作者：孙宁新雷明锋张运良苏光明黄国富中南大学土木工程学院长沙410075 中南大学重载铁路工程结构教育部重点实验室长沙410075 中铁十六局集团路桥工程有限公司北京101500 中建隧道建设有限公司重庆401320

针对含软弱夹层岩体爆炸应力波的传播过程,采用数值模拟的方法,探讨了软弱夹层厚度、位置及角度对爆炸应力波传播的影响规律。研究结果表明:爆炸应力波在软弱夹层界面处发生反射,产生的拉伸应力波使应力波能量在迎波面汇聚,加剧该部分... 详细信息

针对含软弱夹层岩体爆炸应力波的传播过程,采用数值模拟的方法,探讨了软弱夹层厚度、位置及角度对爆炸应力波传播的影响规律。研究结果表明:爆炸应力波在软弱夹层界面处发生反射,产生的拉伸应力波使应力波能量在迎波面汇聚,加剧该部分岩体的破坏程度。随着软弱夹层厚度的增加,前方岩体拉应力峰值增长作用由近迎波面岩体向炮孔周边岩体传播,拉应力峰值增长率逐渐提高;同时,夹层阻隔作用增强,后方岩体有效应力峰值衰减加快。软弱夹层与起爆中心的间距减小使得夹层前方岩体拉应力峰值显著增长,而对夹层后方岩体的阻隔作用逐渐减弱。应力波能量主要汇聚在软弱夹层的垂直方向,致使岩体爆破产生的裂缝偏离水平测线方向而向软弱夹层法线方向发展。研究成果可用于指导类似地层隧道爆破施工设计。

关键词：爆破软弱夹层应力波传播数值模拟影响机理

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软弱夹层力学参数取值规范分析

重庆大学学报（自然科学版） 2011年第12期34卷 35-41页

作者：唐良琴刘东燕聂德新重庆大学土木工程学院重庆400045 重庆交通大学河海学院重庆410074 成都理工大学地质研究所四川成都610059

软弱夹层的工程地质性质既与地应力、地下水等环境条件有关,也与其成因性质、粒度成分和矿物成分等有关。试验研究了成因性质、颗粒组成及物质组成相同条件下,软弱夹层抗剪强度参数随含水量、性状指标(W/Wp)和干密度变化的关系,并建立... 详细信息

软弱夹层的工程地质性质既与地应力、地下水等环境条件有关,也与其成因性质、粒度成分和矿物成分等有关。试验研究了成因性质、颗粒组成及物质组成相同条件下,软弱夹层抗剪强度参数随含水量、性状指标(W/Wp)和干密度变化的关系,并建立了相关方程。结果表明:夹层强度随含水量和性状指标减小而增大,随干密度增大而增大。因此,在对具体工程的软弱夹层进行强度参数取值时要综合考虑夹层在原位条件下的含水量、颗粒组成、粘土矿物成分及所处的地应力环境等因素。并探讨了重力坝规范中仅用粒度成分定量指标选取软弱结构面抗剪强度参数存在的不足之处。

关键词：软弱夹层强度参数粒度成分物质组成稠度状态地应力

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软弱夹层的极限荷载分析

岩土力学 2015年第4期36卷 1035-1040,1049页

作者：殷勇周国庆中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221008 盐城工学院土木工程学院江苏盐城224051

岩土体中的软弱夹层是一种广泛存在的地质体,由于其力学性质较差,容易给工程建设带来安全隐患,对其稳定性的研究逐步引起重视。根据塑性极限平衡分析方法,针对软弱夹层的承载稳定问题,将软弱夹层上下土层当作准刚性层,基于修正Prandtl... 详细信息

岩土体中的软弱夹层是一种广泛存在的地质体,由于其力学性质较差,容易给工程建设带来安全隐患,对其稳定性的研究逐步引起重视。根据塑性极限平衡分析方法,针对软弱夹层的承载稳定问题,将软弱夹层上下土层当作准刚性层,基于修正Prandtl挤压理论解答对软弱夹层的极限荷载进行了计算。分析过程中认为,准刚性层间的软弱夹层在极限状态下发生塑性挤出破坏,考虑到Prandtl挤压理论的剪应力解答在x方向上的不足,结合不同的边界应力条件,对软弱夹层中的应力分量和夹层表面的极限荷载进行了重新求解。推导的极限荷载实用计算式能综合考虑软弱夹层面的摩擦条件、土层自重及夹层周围的受力状态等因素,并与其他理论计算式的结果进行了对比分析。计算结果分析表明,不考虑土重时,该方法计算的夹层极限荷载随厚度变化规律与Prandtl方法基本一致;考虑土重影响时,该方法计算结果与规范法相似,但在夹层较厚时能更明确地反映宽度对极限荷载的影响。此外,夹层上下边界的摩擦条件对极限荷载的影响程度随夹层宽厚比的不同而变化,对于一定厚度的夹层存在几乎不受摩擦条件影响的临界宽度。其研究结果可为软弱夹层的承载稳定分析提供参考。

关键词：软弱夹层塑性极限平衡 Prandtl挤压理论极限荷载

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软弱夹层对深水采油管柱地震反应的影响

岩土力学 2012年第7期33卷 2067-2075页

作者：朱幸科王立忠国振袁峰浙江大学岩土工程研究所杭州310058 中交四航工程研究院有限公司广州510230

海底泥线以下分布的软弱夹层对深水采油管柱井身结构的稳定性有着重要影响,尤其当地震发生时,会在土层交界面处管柱截面产生很大的弯矩和剪力。依据桩基的动力响应理论,引入回传射线矩阵法,建立了适于深水采油管柱的地震响应分析模型。... 详细信息

海底泥线以下分布的软弱夹层对深水采油管柱井身结构的稳定性有着重要影响,尤其当地震发生时,会在土层交界面处管柱截面产生很大的弯矩和剪力。依据桩基的动力响应理论,引入回传射线矩阵法,建立了适于深水采油管柱的地震响应分析模型。模型中将组合套管柱等效为变截面Timoshenko梁,分别从软弱夹层的厚度和剪切波速分析,探讨了套管柱在各土层交界面处弯矩和剪力幅值的变化规律。结果表明,当软弱夹层的剪切波速减小,或厚度趋向临界值hcr时,都会导致夹层界面处套管柱的弯矩和剪力幅值的增大。因此,海洋工程中在钻遇软弱夹层时须充分考虑其对套管柱地震反应的影响。

关键词：深水采油套管柱软弱夹层回传射线矩阵法地震响应

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软弱夹层的透射模型及其隔震特性研究

岩石力学与工程学报 2005年第14期24卷 2456-2462页

作者：范留明李宁西安理工大学水利水电学院岩土工程研究所陕西西安710048

尽管软弱夹层对工程往往产生不良影响,但同时又对地震波具有阻隔作用。对软弱夹层阻隔特性的研究不仅能够为岩土工程的屏蔽隔震提供必要的理论依据,而且有助于揭示充填贯通型节理的动力学特性。为此,基于固体弹性波传播理论,以平面P波为... 详细信息

尽管软弱夹层对工程往往产生不良影响,但同时又对地震波具有阻隔作用。对软弱夹层阻隔特性的研究不仅能够为岩土工程的屏蔽隔震提供必要的理论依据,而且有助于揭示充填贯通型节理的动力学特性。为此,基于固体弹性波传播理论,以平面P波为例,建立了弹性夹层对平面矢量波的透射模型。在此基础上,按照能量观点,全面分析了矢量波通过软弱夹层的传播特性,其中包括透射能量与入射角、波阻比及厚度等因素的关系,并初步分析了透射波形畸变的机理。

关键词：岩土力学软弱夹层透射模型矢量波场传播特性透射能量波形畸变

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软弱夹层厚度模拟实用方法及其应用

岩石力学与工程学报 2010年第A01期29卷 2637-2644页

作者：张志强李宁陈方方 SWOBODAG 西安理工大学岩土工程研究所陕西西安710048 帝国理工学院地球科学与工程系西安科技大学建筑与土木工程学院陕西西安710061 茵斯布鲁克大学结构分析研究所

围岩中分布的软弱夹层对地下洞室围岩稳定性、支护结构安全性有着重要的影响,以软弱夹层的变形、强度等效为出发点,基于接触面单元和软弱夹层影响带概念,提出一种在固定的有限元网格中模拟不同厚度的软弱夹层的实用化模拟方法,并初步验... 详细信息

围岩中分布的软弱夹层对地下洞室围岩稳定性、支护结构安全性有着重要的影响,以软弱夹层的变形、强度等效为出发点,基于接触面单元和软弱夹层影响带概念,提出一种在固定的有限元网格中模拟不同厚度的软弱夹层的实用化模拟方法,并初步验证该方法的合理性、正确性、实用性;利用提出的模拟方法,以奥地利岩土工程有限元分析软件FINAL为平台,系统分析地下洞室分别位于II,III,IV级3种围岩,软弱夹层分别分布在顶部、拱肩、边墙3种不同部位,软弱夹层厚度分别为0.000D,0.005D,0.010D,0.020D,0.200D5种厚度等条件下,软弱夹层对洞室围岩位移场、应力场、塑性区以及喷层结构受力的影响,着重讨论不同软弱夹层厚度条件下,围岩位移场、应力场、塑性区及喷层内力随夹层厚度的变化差异;总结当前试验条件下,软弱夹层厚度对地下洞室围岩稳定性与支护结构安全性影响的一般规律;研究成果可望为地下洞室的规划、设计、施工,尤其是遭遇软弱夹层等特殊工程条件下的设计、施工、维护等提供一定的参考与指导作用。

关键词：岩石力学地下洞室软弱夹层夹层厚度围岩稳定性

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软弱夹层对隧道光面爆破效果影响机理研究

铁道科学与工程学报 2020年第1期17卷 148-158页

作者：张运良孙宁新毛雨雷明锋苏光明黄国富安永林中南大学土木工程学院湖南长沙410075 重载铁路工程结构教育部重点实验室湖南长沙410075 中铁十六局集团路桥工程有限公司北京101500 中建隧道建设有限公司重庆401320 湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭411201

以一实际隧道为工程依托,采用ANSYS/LS-DYNA数值模拟方法,针对含软弱夹层围岩隧道光面爆破成型效果问题开展研究。根据软弱夹层与隧道光爆层的相对位置关系,对软弱夹层的空间分布形态特征进行归类和概化处理,提出一种适用于分析软弱夹... 详细信息

以一实际隧道为工程依托,采用ANSYS/LS-DYNA数值模拟方法,针对含软弱夹层围岩隧道光面爆破成型效果问题开展研究。根据软弱夹层与隧道光爆层的相对位置关系,对软弱夹层的空间分布形态特征进行归类和概化处理,提出一种适用于分析软弱夹层影响下光爆层爆破成型效果的概化模型;开展软弱夹层对隧道爆破成型效果影响的多工况数值计算,分别从爆炸应力波的传播及爆生气体的楔入2个方面探讨软弱夹层对隧道爆破成型效果的影响机理,推演得到不同软弱夹层赋存状态下隧道爆破成型轮廓分布图式;结合工程实际施工情况,提出软弱夹层条件下隧道超欠挖爆破控制措施并进行爆破试验验证。结果表明,推演的软弱夹层条件下爆破成型与实际吻合较好;爆破参数调整后,隧道爆破成型效果理想。

关键词：隧道光面爆破软弱夹层数值模拟超欠挖控制