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隧洞围岩分类与洞径和超欠挖之间的关系研究

岩土力学 2005年第8期26卷 1278-1282页

作者：孙少锐吴继敏魏继红河海大学岩土工程研究所南京210098 河海大学土木工程学院南京210098

岩体的地质结构特征是影响隧洞围岩超欠挖的主要因素,正确评价岩体的质量,对岩体进行分类,并研究岩体质量与隧洞超欠挖之间的关系对分析和预测隧洞超欠挖具有重要的意义。对隧洞围岩的RMR分类和Q分类与超欠挖之间的关系进行了详细研究,... 详细信息

岩体的地质结构特征是影响隧洞围岩超欠挖的主要因素,正确评价岩体的质量,对岩体进行分类,并研究岩体质量与隧洞超欠挖之间的关系对分析和预测隧洞超欠挖具有重要的意义。对隧洞围岩的RMR分类和Q分类与超欠挖之间的关系进行了详细研究,研究了在同类岩体条件下不同开挖洞径与隧洞超欠挖之间的关系,并由此建立了RMR分类和Q分类之间的关系,得出围岩的RMR分类和Q分类与隧洞超欠挖呈线性关系和对数线性关系,根据超欠挖建立起来的RMR分类和Q分类之间的关系比较符合工程实际。最后研究了超欠挖与围岩分类及洞径之间的复相关关系。

关键词：隧洞围岩分类超挖和欠挖 RMR 复相关系数

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深部圆形隧洞板裂屈曲岩爆的模拟试验研究

岩石力学与工程学报 2017年第7期36卷 1634-1648页

作者：宫凤强罗勇司雪峰李夕兵中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083 中南大学高等研究中心工程材料力学研究所湖南长沙410083

为了深入认识深部圆形隧洞中板裂屈曲岩爆的发生机制,采用大尺寸真三轴岩石试验系统对含预制孔洞红砂岩立方体(100 mm×100 mm×100 mm)试样进行模拟试验研究。首先根据地应力随深度分布规律,在水平向垂直隧洞轴向方向设定最小主应力,... 详细信息

为了深入认识深部圆形隧洞中板裂屈曲岩爆的发生机制,采用大尺寸真三轴岩石试验系统对含预制孔洞红砂岩立方体(100 mm×100 mm×100 mm)试样进行模拟试验研究。首先根据地应力随深度分布规律,在水平向垂直隧洞轴向方向设定最小主应力,竖直向垂直隧洞轴向方向设定最大主应力,在3个方向分别加载到初始应力状态。然后保持另外2个方向应力不变,在竖直向垂直隧洞轴向方向进行加载直至隧洞洞壁围岩发生破坏,并且在保证试样整体不发生破坏条件下,逐级加载至洞壁发生岩爆。利用安装的微型摄像机对试验过程中洞壁围岩破坏全过程进行实时监测和记录,结合三维加载和洞壁受力情况,再现了深埋硬岩圆形隧洞板裂屈曲岩爆全过程。研究结果表明:岩爆过程可划分为平静期、细颗粒弹射和剥落期、板裂屈曲破坏和强烈破坏四个时期。岩爆可滞后应力发生,具有时间效应,并且受加载率影响明显。岩爆破坏深度达到更高静应力水平下的稳定状态,形成的V–型槽具有应力不敏感期;通过合理优化隧洞断面几何参数,可发挥结构强度尺寸效应,对岩爆发生起一定抑制作用。

关键词：岩石力学隧洞板裂岩爆 V–型槽强度尺寸效应时间效应

基于收敛-约束法的隧洞纵向变形演化规律研究与支护时机估算

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岩土力学 2017年第S1期38卷 471-478页

作者：张妍珺苏凯周利伍鹤皋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

依托某供水工程输水隧洞建立三维数值模型,采用有限差分法和Mohr-Coulomb屈服准则进行施工开挖过程的数值模拟,研究不同围岩条件下隧洞支护时机的估算。首先,基于收敛-约束法进行隧洞开挖推进过程中的变形规律研究,分析监测断面的围岩... 详细信息

依托某供水工程输水隧洞建立三维数值模型,采用有限差分法和Mohr-Coulomb屈服准则进行施工开挖过程的数值模拟,研究不同围岩条件下隧洞支护时机的估算。首先,基于收敛-约束法进行隧洞开挖推进过程中的变形规律研究,分析监测断面的围岩变形特征,研究发现围岩位移的收敛规律与围岩质量相关,提出隧洞纵向变形曲线的修正公式。然后,采用一步挖穿分期释放的模拟方法,研究监测断面位移随开挖荷载释放的变化规律,以相同的位移释放系数为出发点,构建,开挖面推进距离与荷载释放率之间的关系,并将对应的围岩位移陡增点作为施加支护的推荐时机,得出不同围岩条件下施加支护与开挖面之间的控制距离。研究结果表明,提出的纵向变形公式相关参数确定过程简单,拟合效果良好,推荐的支护与开挖面之间的控制距离符合工程实际规律。

关键词：隧洞开挖纵向变形曲线位移释放系数支护时机

非圆形隧洞收敛-约束特征曲线的数值求解方法

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湖南大学学报（自然科学版） 2019年第5期46卷 103-114页

作者：周辉郑俊张传庆胡大伟高阳杨凡杰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

利用应力释放法原理,在收敛-约束解析法基础上,提出了适合任意断面隧洞的收敛-约束特征曲线数值求解方法,通过与收敛-约束解析法对比验证该方法的有效性,并与常用的数值方法进行对比,最后对收敛-约束特征曲线数值求解方法的计算误差进... 详细信息

利用应力释放法原理,在收敛-约束解析法基础上,提出了适合任意断面隧洞的收敛-约束特征曲线数值求解方法,通过与收敛-约束解析法对比验证该方法的有效性,并与常用的数值方法进行对比,最后对收敛-约束特征曲线数值求解方法的计算误差进行分析.研究结果表明:收敛-约束特征曲线数值求解方法适合非圆形隧洞,由于通过施加节点支撑反力实现应力释放,该方法同样适合应力状态复杂的隧洞;以滇中引水工程为例,将收敛-约束特征曲线数值求解方法与收敛-约束解析法的计算结果进行对比,验证了收敛-约束特征曲线数值求解方法的有效性;收敛-约束特征曲线数值求解方法计算结果存在一定的误差,其整体相对误差小于10%.收敛-约束特征曲线数值求解方法的适用性更加广泛,可为隧洞工程的初期支护优化设计及安全性评价提供参考,具有一定的工程应用价值.

关键词：收敛-约束法隧洞应力释放法围岩特征曲线不平衡力应力分布

白鹤滩柱状节理玄武岩隧洞开挖微震活动时空演化特征

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岩石力学与工程学报 2015年第10期34卷 1967-1975页

作者：丰光亮冯夏庭陈炳瑞肖亚勋江权李邵军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

金沙江白鹤滩水电站导流洞III1类柱状节理玄武岩发育,开挖过程中松弛破坏明显,对施工人员安全及施工进度造成严重影响。基于微震监测技术对白鹤滩柱状节理玄武岩导流洞开挖全过程进行研究,沿隧洞轴向方向,柱状节理玄武岩微震活动集中于... 详细信息

金沙江白鹤滩水电站导流洞III1类柱状节理玄武岩发育,开挖过程中松弛破坏明显,对施工人员安全及施工进度造成严重影响。基于微震监测技术对白鹤滩柱状节理玄武岩导流洞开挖全过程进行研究,沿隧洞轴向方向,柱状节理玄武岩微震活动集中于开挖掌子面附近,服从三参数Logistic分布。掌子面附近及其后方微震活动分布可分为3个区域:开挖强卸荷区、综合影响区和时效松弛区,在开挖强卸荷区范围内应完成锚杆支护。隧洞开挖过程中,柱状节理玄武岩微破裂由隧洞边墙快速向围岩内部发展,当掌子面距离较远时,边墙内微破裂活动较微弱,微破裂集中区最终稳定在距边墙6 m范围内。降低开挖速率能有效减弱开挖卸荷对柱状节理玄武岩的影响。所得认识和结论对微震监测技术的应用以及柱状节理隧洞开挖方案和支护措施的优化具有参考意义。

关键词：岩石力学柱状节理玄武岩微震监测隧洞白鹤滩水电站

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深埋隧洞爆破开挖扰动损伤效应的数值模拟

岩土力学 2011年第5期32卷 1531-1537页

作者：陈明胡英国卢文波严鹏周创兵武汉大学水资源与水电工程科学国家重点试验室武汉430072 武汉大学水工岩石力学教育部重点试验室武汉430072

爆破开挖扰动是深埋隧洞损伤区孕育及演化的重要影响因素。根据隧洞岩体钻爆开挖过程分析了爆炸荷载及开挖荷载瞬态卸荷对岩体的扰动作用,基于LS-DYNA动力有限元程序,提出了利用施加节点反力模拟待开挖隧洞岩体的约束作用,通过控制节点... 详细信息

爆破开挖扰动是深埋隧洞损伤区孕育及演化的重要影响因素。根据隧洞岩体钻爆开挖过程分析了爆炸荷载及开挖荷载瞬态卸荷对岩体的扰动作用,基于LS-DYNA动力有限元程序,提出了利用施加节点反力模拟待开挖隧洞岩体的约束作用,通过控制节点反力的变化过程以模拟开挖荷载瞬态卸荷,采用爆炸荷载变化曲线模拟爆炸作用过程的爆破开挖扰动数值模拟方法,并利用该方法模拟分析了爆破开挖扰动对围岩的损伤效应,结果表明,应力重分布对围岩损伤最大,隧洞围岩损伤区主要由围岩初始应力重分布所导致,爆炸荷载作用将增大围岩损伤区范围,考虑开挖荷载瞬态卸荷作用的围岩损伤区最大,且地应力越高,开挖荷载瞬态卸荷作用对围岩的损伤效应越显著。

关键词：隧洞爆破损伤瞬态卸荷数值模拟

引汉济渭秦岭隧洞围岩变形规律与拱架受力特征研究

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岩土工程学报 2023年第10期45卷 2180-2187页

作者：张旗王浩杰董鹏张晓平刘泉声傅少君武汉大学土木建筑工程学院岩土与结构工程安全湖北省重点实验室湖北武汉430072 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 陕西省引汉济渭工程建设有限公司陕西西安710100 西京学院土木工程学院陕西西安710000

引汉济渭输水隧洞地应力高、岩石强度高、开挖扰动强、地质条件复杂,在开挖过程中有时出现支护结构失稳、失效,严重威胁施工人员人身和设备财产安全。为了更准确地了解现场支护结构的安全状态,依托引汉济渭秦岭隧洞TBM施工段岭北工程,... 详细信息

引汉济渭输水隧洞地应力高、岩石强度高、开挖扰动强、地质条件复杂,在开挖过程中有时出现支护结构失稳、失效,严重威胁施工人员人身和设备财产安全。为了更准确地了解现场支护结构的安全状态,依托引汉济渭秦岭隧洞TBM施工段岭北工程,在典型围岩洞段监测围岩收敛变形及钢拱架内外翼缘受力,分析其分布特征和变化规律,同时根据围岩破坏特征,探讨围岩破坏机制。分析结果表明:隧洞围岩变形分为3个阶段,即急剧变形期、快速变形期和缓慢变形期,变形主要集中在开挖60 h内,其变形量约占总变形量的45%左右;初期支护钢拱架应力受力特征较为复杂,钢拱架应力不对称,总体表现为以受压为主,结合拱架轴力和弯矩分析,可有效判断拱架的安全状态。

关键词：隧洞高应力钢拱架现场监测变形

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引水工程深埋长隧洞施工中通风特性数值模拟

哈尔滨工程大学学报 2019年第7期40卷 1304-1310页

作者：朱忠荣李新哲陈述三峡大学水利与环境学院

为了解决传统方法不能准确模拟隧洞中风流方向和温度分布的问题,本文提出一种引水工程深埋长隧洞施工中通风特性数值模拟方法。根据引水工程深埋长隧洞施工的工况建立三维模型,通过GAMBIT软件对基于该模型的隧道划分网格结构,分析该网... 详细信息

为了解决传统方法不能准确模拟隧洞中风流方向和温度分布的问题,本文提出一种引水工程深埋长隧洞施工中通风特性数值模拟方法。根据引水工程深埋长隧洞施工的工况建立三维模型,通过GAMBIT软件对基于该模型的隧道划分网格结构,分析该网格结构下的通风特点及方式;采用三维紊态RNG k-ε湍流模型对引水工程深埋长隧洞施工中的通风特性进行分析,对不同工况下的引水工程深埋长隧洞的通风情况进行数值模拟,得到最终通风特性数值方程,实现数值模拟。实验结果表明:该方法可以准确模拟隧洞中风流的方向和温度分布,其划分精度随网格数量大幅度增加,平均划分精度高达85%。能够为构建引水工程深埋长隧洞施工管理提供依据。

关键词：引水工程隧洞通风特性温度分布数值模拟有限元湍流模型深埋长隧洞

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深埋隧洞开挖过程中突水与突泥的机理研究

水利学报 2011年第5期42卷 595-601页

作者：王媛陆宇光倪小东李冬田河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210098 河海大学隧道与城市轨道工程研究所江苏南京210098

突水与突泥是隧洞施工过程中常遇的重要工程灾害之一,本文利用离散元法,采用颗粒流PFC3D软件,结合流体动力学数值模拟的有限体积法,建立了由裂隙岩体及断层组成的围岩隧洞突、涌水三维数值模型,模拟隧洞突水、突泥的全过程;探讨了集中水... 详细信息

突水与突泥是隧洞施工过程中常遇的重要工程灾害之一,本文利用离散元法,采用颗粒流PFC3D软件,结合流体动力学数值模拟的有限体积法,建立了由裂隙岩体及断层组成的围岩隧洞突、涌水三维数值模型,模拟隧洞突水、突泥的全过程;探讨了集中水源(断层)水压力、岩体裂隙性状等对隧洞突水、突泥的影响。据此提出了工程突水、突泥预防中两个重要的概念:突水临界水压力和前方临界突水距离。并提出了隧洞突水、突泥的发生机理,认为突水发生的前提是存在集中的高压水源。水源压力的大小、开挖面至集中水源的距离、岩体强度、岩体裂隙性状是影响突水的主要因素。

关键词：突水突泥离散元裂隙岩体颗粒流隧洞