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隧道穿越不同形态断层破碎带围岩稳定性分析

建筑科学与工程学报 2023年第5期40卷 162-173页

作者：韩瑀萱江腾飞谭碧舸谢远赖金星邱军领四川省轨道交通投资有限责任公司四川成都610023 长安大学公路学院陕西西安710064 四川都金山地轨道交通有限责任公司四川成都611830 中铁第一勘察设计院集团有限公司陕西西安710043

为分析隧道穿越不同形态断层破碎带对围岩稳定性的影响,以绵九高速五里坡隧道工程为依托,采用ANSYS Workbench参数化建模平台及FLAC 3D有限差分软件模拟分析了隧道穿越不同倾角、厚度和倾向断层形态对隧道围岩稳定性的影响。在建模过程... 详细信息

为分析隧道穿越不同形态断层破碎带对围岩稳定性的影响,以绵九高速五里坡隧道工程为依托,采用ANSYS Workbench参数化建模平台及FLAC 3D有限差分软件模拟分析了隧道穿越不同倾角、厚度和倾向断层形态对隧道围岩稳定性的影响。在建模过程中,通过控制变量法分别改变断层倾角、厚度、倾向来研究单一变量的影响。结果表明:隧道穿越不同形态断层时,围岩竖向变形、水平收敛、塑性区分布以及围岩与初期支护间接触压力均会受到影响;在一定范围内,断层倾角、厚度的变化对围岩稳定性影响较大,断层倾角越大,越有利于围岩稳定,断层厚度影响则正好相反,而断层倾向在0°~45°之间变化时基本无影响;各因素对拱顶沉降的影响程度由大到小依次为断层厚度、断层倾角、断层倾向,而对于边墙水平位移,断层倾角影响最大,断层厚度次之,断层倾向基本无影响;在施工中,应尽量让隧道与断层正交或避免隧道穿越层厚度大的断层来提高围岩稳定性,研究结果对类似工程具有一定的借鉴和指导意义。

关键词：断层破碎带围岩稳定性数值模拟倾角厚度倾向

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铁路车站隧道下穿桩基工程设计与分析

现代隧道技术 2022年第4期59卷 218-225,233页

作者：杨雄孟庆辉李拼徐灯飞曹峰湖南省交通规划勘察设计院有限公司长沙410200 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室成都610031 中铁第一勘察设计院集团有限公司西安710043

以贵阳铁路枢纽龙洞堡机场车站隧道大跨段下穿机场高架桥工程为依托,采用理论分析、数值模拟和现场实测手段,基于岩体冲切破坏锥体理论,提出了满足桩基受力的最小岩板厚度确定方法;建立了考虑隧道开挖围岩扰动范围和桩基础冲切破坏范围... 详细信息

以贵阳铁路枢纽龙洞堡机场车站隧道大跨段下穿机场高架桥工程为依托,采用理论分析、数值模拟和现场实测手段,基于岩体冲切破坏锥体理论,提出了满足桩基受力的最小岩板厚度确定方法;建立了考虑隧道开挖围岩扰动范围和桩基础冲切破坏范围的隧道-桩基近接关系划分标准;提出了高架桥沉降控制标准和设计对策,并采用现场实测数据进行验证。结果表明:隧道下穿桩基工程影响分区划分合理,设计对策有效控制了隧道开挖对高架桥的影响,同时桩基础对隧道的影响可控。

关键词：隧道工程下穿桩基围岩稳定性近接影响分区沉降控制标准

基于离散元模拟和微震监测的白鹤滩水电站左岸地下厂房稳定性分析

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岩土力学 2020年第7期41卷 2470-2484页

作者：毛浩宇徐奴文李彪樊义林吴家耀孟国涛四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室四川成都610065 西南石油大学地球科学与技术学院四川成都610500 中国三峡建设管理有限公司北京100038 浙江中科依泰斯卡岩石工程研发有限公司浙江杭州310014

针对白鹤滩水电站地下洞室群开挖过程围岩稳定问题,基于离散单元法的数值仿真软件3DEC,研究开挖卸荷作用对围岩变形和破坏的影响;引入微震监测技术,对洞室围岩内部微破裂演化实时监测和分析,并将数值模拟结果与微震监测数据对比分析;借... 详细信息

针对白鹤滩水电站地下洞室群开挖过程围岩稳定问题,基于离散单元法的数值仿真软件3DEC,研究开挖卸荷作用对围岩变形和破坏的影响;引入微震监测技术,对洞室围岩内部微破裂演化实时监测和分析,并将数值模拟结果与微震监测数据对比分析;借助常规位移监测研究围岩宏观变形的时空演化规律,验证数值模拟和微震监测结果的准确性。研究结果表明,围岩损伤与现场施工状态密切相关,同时受各种地质结构影响;数值模拟得到的围岩变形特征与微震监测得到的微震事件聚集规律基本一致,且与常规监测结果对应良好,采用三维离散元数值模拟和微震监测技术相结合的综合研究方法,能够较好地描述围岩在开挖卸荷作用下的力学行为,有效评估洞室围岩的损伤特征和潜在风险区域。

关键词：围岩稳定性离散单元法数值模拟开挖卸荷微震监测

深部大断面巷硐围岩稳定性评价与布置方式研究

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采矿与安全工程学报 2020年第1期37卷 11-22页

作者：朱成袁永袁超峰王文苗孟朝贵中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116

针对深部大断面巷硐围岩变形量大、支护困难等特点,采用FLAC^3D数值计算方法,探讨围岩内最大主应力峰值区的时空演化规律,分析最大主应力峰值区对围岩变形破坏的控制作用,提出塑性区发育范围判定与围岩稳定性综合评价的方法。根据地应... 详细信息

针对深部大断面巷硐围岩变形量大、支护困难等特点,采用FLAC^3D数值计算方法,探讨围岩内最大主应力峰值区的时空演化规律,分析最大主应力峰值区对围岩变形破坏的控制作用,提出塑性区发育范围判定与围岩稳定性综合评价的方法。根据地应力场类型、侧压系数、巷硐轴向与最大水平主应力夹角的差异,共设计151种数值模拟方案,研究3类地应力场中构造应力对大断面巷硐围岩稳定性的影响。结果表明:围岩塑性区发育与最大主应力峰值区存在运移一致性,基于边界应力系数K可判定塑性区发育范围,并通过遍历数值计算确定K值为0.96;在σH型应力场中,当λH=λh时,巷硐最优布置角度为30°,当λH≠λh时,巷硐平行于最大水平主应力方向布置最有利于围岩稳定;在σHv型应力场中,巷硐最佳布置角度是与最大水平主应力成0°~15°夹角;在σv型应力场中,当λH=λh时,巷硐无最优布置角度,当λH≠λh时,巷硐布置应遵循最大水平应力理论。

关键词：数值计算最大主应力峰值区边界应力系数围岩稳定性

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西双版纳隧道爆破开挖动力学特征及损伤效应

长江科学院院报 2023年第1期40卷 165-170页

作者：王永伟李冠中中交第二航务工程局有限公司第五工程分公司武汉430012

为了研究高地应力作用下软岩隧道的围岩稳定性,以实际工程案例为背景,并采用有限元数值模拟软件ANSYS/LSDYNA和实际监测数据结果,分析了隧道爆破近区距掌子面不同距离处,隧道轮廓面的振动速度分布规律,并结合现场声波测试数据,研究了不... 详细信息

为了研究高地应力作用下软岩隧道的围岩稳定性,以实际工程案例为背景,并采用有限元数值模拟软件ANSYS/LSDYNA和实际监测数据结果,分析了隧道爆破近区距掌子面不同距离处,隧道轮廓面的振动速度分布规律,并结合现场声波测试数据,研究了不同爆破次数作用下,围岩深部不同位置的爆破损伤效应。研究结果表明:(1)在隧道爆破近区,隧道内质点的垂直方向振动速度峰值大于隧道径向方向振动速度峰值大于隧道轴向方向振动速度峰值,并且在隧道质点垂直方向,隧道底板和隧道边墙的振动速度较大,而隧道顶部的振动速度次之,隧道拱肩和拱脚处最小;(2)隧道合振动速度峰值出现在隧道未开挖区,同时隧道未开挖区的质点振动速度衰减较慢;(3)随着爆破次数的增加,围岩不同深度处的声波速度呈逐渐衰减的变化趋势,但爆破振动对于围岩损伤范围有限。

关键词：围岩稳定性爆破振动数值模拟声波速度损伤效应

卡拉水电站地下洞室群稳定性分析及洞室间距优化研究

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长江科学院院报 2023年第11期40卷 93-101,110页

作者：方丹韩钢鄢江平邵兵张传庆周辉高阳中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司杭州310014 长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室武汉430010 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武汉430071 雅砻江流域水电开发有限公司成都610051 中国科学院大学北京100049

不利地质构造及软弱地层是卡拉水电站地下洞室群围岩稳定控制的关键性因素,鉴于此,采用离散元方法建立了包含不同级别结构面及软弱地层的节理岩体模型。在节理岩体模型的基础上,对处于优化设计阶段的卡拉水电站进行洞室群稳定性分析以... 详细信息

不利地质构造及软弱地层是卡拉水电站地下洞室群围岩稳定控制的关键性因素,鉴于此,采用离散元方法建立了包含不同级别结构面及软弱地层的节理岩体模型。在节理岩体模型的基础上,对处于优化设计阶段的卡拉水电站进行洞室群稳定性分析以及主副厂房洞和主变洞间距优化研究。数值计算结果表明:地下厂房洞室群整体稳定性较好,地下厂房区围岩具备成洞条件;但存在软弱地层T 3 z 2-5区域围岩变形较大,局部区域节理相互切割易造成块体滑落等工程地质问题,需要对其重点关注;结合洞群开挖后围岩内场量的分布情况以及经济指标和力学指标,从定性和定量角度对洞室间距进行了优选,最终确定主副厂房洞和主变洞间距50 m为最优方案。相关研究成果对于卡拉水电站洞室优化、安全施工具有一定指导意义。

关键词：地下洞室群围岩稳定性结构面 3DEC 洞室间距优化卡拉水电站

地下水封洞库施工期洞室围岩力学参数智能反演研究

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长江科学院院报 2024年

作者：曹洋兵陈可辛黄月李尧张遂黄真萍贵州省地质矿产勘查开发局一〇三地质大队福州大学紫金地质与矿业学院地质工程福建省高校工程研究中心

合理准确确定围岩力学参数对于地下水封洞库施工期围岩稳定性分析与支护结构设计具有重要意义。基于地下水封洞库工程地质特征，针对等效连续介质围岩模型，提出施工期洞室围岩力学参数智能反演方法。该方法首先通过室内试验与数值试验... 详细信息

合理准确确定围岩力学参数对于地下水封洞库施工期围岩稳定性分析与支护结构设计具有重要意义。基于地下水封洞库工程地质特征，针对等效连续介质围岩模型，提出施工期洞室围岩力学参数智能反演方法。该方法首先通过室内试验与数值试验确定洞库岩体本构模型，再通过Hoek-Brown强度准则等多种方法估算本构模型中力学参数、分析各参数对围岩变形松弛的敏感性并设计待反演参数的正交试验方案，最后通过数值模拟获得样本并结合进化神经网络模型构建围岩力学参数智能反演模型。综合估算不同岩体基本质量级别下围岩力学参数初始取值范围，可克服智能算法大范围寻优而导致反演结果偏离较大的情况；开展力学参数对围岩变形松弛的敏感性分析，可减少反演参数的数量。以山东某地下水封洞库工程作为典型案例进行反演方法应用检验，获得的围岩拱顶沉降、洞周最大位移、内部变形以及平均松弛深度等参量的相对误差均不超过10%，满足工程应用精度，表明提出的智能反演方法具有较高可行性与可靠性，可为类似工程提供参考。

关键词：地下水封洞库力学参数围岩稳定性神经网络数值试验

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软弱层状地基隧道围岩稳定性及地表沉降分析

地下空间与工程学报 2022年第S01期18卷 396-403,411页

作者：张兴伟王超四川师范大学工学院土木工程系成都610000

为了研究成都软土层状地质条件下的浅埋隧道围岩稳定性与地层沉降,建立了多种断面形状及尺寸的隧道模型,分析了隧道拱顶沉降值和地表沉降值变化规律,隧道围岩变形和初衬轴向应力值的关系,以及层状地基对隧洞的影响。模型可靠性通过peck... 详细信息

为了研究成都软土层状地质条件下的浅埋隧道围岩稳定性与地层沉降,建立了多种断面形状及尺寸的隧道模型,分析了隧道拱顶沉降值和地表沉降值变化规律,隧道围岩变形和初衬轴向应力值的关系,以及层状地基对隧洞的影响。模型可靠性通过peck经验公式进行验证。结果表明:拱顶沉降随曲率增大而减小,在曲率为0.5时趋于稳定;断面半径为2 m和3 m的隧道对地表扰动最小;应力集中易出现在初衬的拱腰和拱脚位置;围岩变形量与初衬轴向应力值有负相关的趋势;土界线穿过隧道拱底时,对围岩变形量和地表沉降值有较大影响。研究成果为软弱层状地基条件下的浅埋隧道开挖及断面优化提供参考。

关键词：浅埋隧道围岩稳定性地表沉降断面优化软弱土层

掘进工作面围岩稳定性分析及快速成巷技术途径

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煤炭学报 2021年第7期46卷 2023-2045页

作者：康红普姜鹏飞高富强王子越刘畅杨建威中煤科工开采研究院有限公司北京100013 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013

分析了煤矿巷道掘进技术与装备现状及存在的问题,采用数值模拟方法研究了掘进工作面围岩应力、变形、破坏分布特征;分析了围岩稳定性的主要影响因素,包括围岩强度、围岩结构及地应力等地质力学参数,巷道断面尺寸、开挖方式、空顶距、掘... 详细信息

分析了煤矿巷道掘进技术与装备现状及存在的问题,采用数值模拟方法研究了掘进工作面围岩应力、变形、破坏分布特征;分析了围岩稳定性的主要影响因素,包括围岩强度、围岩结构及地应力等地质力学参数,巷道断面尺寸、开挖方式、空顶距、掘进速度等掘进参数,及临时支护、永久支护等。巷道开挖后在掘进工作面顶角和巷道四角周围出现应力集中区;围岩位移、破坏在超前工作面一定位置开始出现,随着远离掘进工作面围岩位移和破坏范围不断增大,达到2倍巷道宽度时基本稳定;煤层强度、地应力对围岩变形与破坏的影响十分显著;分步开挖的顶板下沉量及破坏程度明显大于一次开挖;空顶距越大,围岩破坏裂隙越多、分布越广;过快、过慢的掘进速度对围岩稳定性均不利;掘进后安装及时、主动、支护阻力大的临时支护效果好;分次支护围岩位移和裂隙场的扩展均大于一次支护,通过分次支护提高掘进速度是以影响锚杆支护效果为代价的,应限定在一定的围岩条件。根据煤巷掘进工作面空顶距及自稳时间,对煤巷掘进工作面围岩稳定性进行了分类,并提出了相应的支护要求;提出煤巷可掘性的概念,根据被掘煤岩体条件,对煤巷可掘性进行了分类;分析了围岩的可钻性、可锚性及对掘进速度的影响。提出提高煤巷掘进速度的主要技术途径:确定适合的掘进模式,优化掘进工艺,优选掘进装备;确定合理的支护形式与参数,适当降低支护密度;掘进全系统整体配套与协同。根据掘进工作面围岩稳定性、可掘性、可钻性及可锚性,提出煤巷掘进自动化、智能化技术总体架构及应解决的关键技术:自动化、智能化截割、临时支护、自动化锚杆施工、超前探测、定位与导航、围岩稳定性与环境监测及大数据分析等,最后提出我国煤巷掘进自动化、智能化的发展路径。

关键词：掘进工作面围岩稳定性快速成巷可掘性技术途径自动化智能化