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一种新的岩石各向异性蠕变-渗透率模型

岩土工程学报 2025年第2期47卷 275-283页

作者：刘雪莹俞缙周先齐姚玮任崇鸿蔡燕燕华侨大学福建省隧道与城市地下空间工程技术研究中心福建厦门361021 辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 厦门理工学院土木工程与建筑学院福建厦门361024

地下工程服役期较长,富水环境下围岩蠕变变形加剧,三向应力下围岩渗透性各向异性特征凸显,为了描述围岩蠕变过程中渗透率各向异性特征,将岩石简化为立方体模型,结合蠕变曲线特征分阶段建立岩石正交各向异性蠕变-渗透率模型。黏弹性阶段... 详细信息

地下工程服役期较长,富水环境下围岩蠕变变形加剧,三向应力下围岩渗透性各向异性特征凸显,为了描述围岩蠕变过程中渗透率各向异性特征,将岩石简化为立方体模型,结合蠕变曲线特征分阶段建立岩石正交各向异性蠕变-渗透率模型。黏弹性阶段定义裂隙与岩石的黏滞系数比、引入侧向影响系数表示侧向应力对裂隙开度影响,黏塑性阶段引入表示裂隙对渗流通道影响的修正系数,结合岩石各向异性蠕变损伤模型、立方定律、含裂隙岩石渗透率方程,建立岩石正交各向异性蠕变-渗透率模型。利用真三轴条件下岩石蠕变-渗流试验结果对各向异性蠕变-渗透率模型进行验证,模拟了不同条件下渗透率演化。结果表明:与传统Kozeny-Carman(K-C)模型及已有各向异性蠕变-渗透率模型相比,提出的正交各向异性蠕变-渗透率模型精度更高,可以描述黏弹性阶段渗透率因岩石孔裂隙逐渐被压密而逐渐降低、加速蠕变阶段渗透率在裂隙逐渐汇聚影响下突增的变化趋势。对正交各向异性蠕变-渗透率模型的关键参数进行了敏感性分析,随着裂隙与岩石的黏滞系数比增加,渗透率衰减越快,渗透率稳定值越低,随着侧向影响系数越高渗透率初始衰减速率越高,渗透率稳定值越低;黏塑性阶段修正系数越高,加速蠕变阶段渗透率开始大幅增加。

关键词：蠕变-渗流蠕变损伤模型渗透率模型正交各向异性

黄土地区穿越多滑动面断层浅埋暗挖隧道振动台试验研究

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灾害学 2025年

作者：滕宏泉高家庆石卫赵力将陕西省水工环地质调查中心陕西省城市地质与地下空间工程技术研究中心长安大学建筑工程学院

西安市地处汾渭地震带，周边分布有多条大型活动断层，多条隧道不可避免地与断层相交。该文以西安地铁九号线穿过骊山山前多滑动面断裂为例，开展大型振动台试验，探究了多滑动面断层场地和浅埋暗挖隧道在远场地震动作用下的破坏及变形... 详细信息

西安市地处汾渭地震带，周边分布有多条大型活动断层，多条隧道不可避免地与断层相交。该文以西安地铁九号线穿过骊山山前多滑动面断裂为例，开展大型振动台试验，探究了多滑动面断层场地和浅埋暗挖隧道在远场地震动作用下的破坏及变形规律。结果表明，在地震的作用下，上盘场地的破坏范围较下盘大，但破坏程度较轻；地表的沉降位移时程曲线呈 “倒S”型；主断层的两侧土体的相对沉降位移最大。隧道的加速度响应呈现出明显的上盘放大效应，上盘较下盘震害范围小，但震害破坏强度较大。这些实验结果可为类似工程提供参考依据。

关键词：多滑动面断层浅埋暗挖隧道振动台试验地震响应

基于连续-离散耦合方法的隧道围岩变形破坏分析

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兰州工业学院学报 2025年第1期32卷 35-40页

作者：刘先声刘洋王蔚然董瑾玥安徽建筑大学安徽省城市建设和地下空间工程技术研究中心安徽合肥230601 安徽建筑大学土木工程学院安徽合肥230601

隧道开挖后围岩的变形破坏机理对设计和施工具有重要意义。基于有限差分理论和颗粒流理论,建立二维平面隧道连续-离散耦合数值模型进行分析,分别利用FLAC^(2D)和PFC^(2D)构建连续区域与非连续区域,研究不同围压条件下隧道围岩的变形特... 详细信息

隧道开挖后围岩的变形破坏机理对设计和施工具有重要意义。基于有限差分理论和颗粒流理论,建立二维平面隧道连续-离散耦合数值模型进行分析,分别利用FLAC^(2D)和PFC^(2D)构建连续区域与非连续区域,研究不同围压条件下隧道围岩的变形特性及破坏机制。结果表明:随着地应力的增长,围岩的变形逐渐加剧,裂纹数量逐渐增多,裂纹的产生先快后慢,从8 MPa到10 MPa地应力条件下的裂纹数量有一个突变的过程,断裂和塌陷主要集中在隧道顶部;围岩的变形和裂纹数量随侧压力系数的增大而增大,当侧压力系数小于1.0时,围岩破坏程度较轻,变形主要集中在隧道两侧;当侧压力系数大于1.0时,围岩的变形程度以及裂纹数量均出现明显增长,破坏主要集中在顶板和底板。

关键词：连续-离散耦合不同围压破坏裂纹数量

爆破荷载下围岩及支护锚杆动力响应特征模型试验研究

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岩土力学 2020年第12期41卷 3910-3918页

作者：陈士海宫嘉辰胡帅伟华侨大学土木工程学院福建厦门361021 华侨大学福建省隧道与城市地下空间工程技术研究中心福建厦门361021

为了研究爆破荷载下围岩及支护锚杆动力响应特征,借助地下工程模型试验系统,开展了三维动态加载物理模型试验,采用电火花震源代替传统炸药,测试了爆破地震波在围岩中的传播规律和支护锚杆的动力响应特征。试验研究表明,电火花震源具有... 详细信息

为了研究爆破荷载下围岩及支护锚杆动力响应特征,借助地下工程模型试验系统,开展了三维动态加载物理模型试验,采用电火花震源代替传统炸药,测试了爆破地震波在围岩中的传播规律和支护锚杆的动力响应特征。试验研究表明,电火花震源具有冲击荷载特性,能够很好地代替传统烈性炸药。爆破地震波的径向加速度峰值以及轴向和环向应变峰值沿洞室径向不是逐级递减,而是呈现正负交替波浪式衰减;加速度峰值沿洞室轴向基本上呈现非线性逐渐递减。加速度峰值受震源荷载幅值的影响较大,即震源荷载越大,同一测点加速度峰值越大。另外,测量了爆破荷载作用下支护锚杆的振动特性,发现对于加长锚固锚杆,自由段主要以受拉状态为主,锚固段拉压状态都存在。锚固段和自由段的最大拉应变大致相同,而锚固段的最大压应变远大于自由段,而且锚固段和自由段振动持续时间大致相同。对于全锚锚杆,锚杆既存在拉伸状态,又存在压缩状态,拉伸应变大于压缩应变。对于端锚锚杆,其受力状态主要以受拉状态为主,拉伸应变远大于压缩应变。研究结论不仅具有重要的理论意义,也能够为地下洞室支护设计提供可预见性指导。

关键词：模型试验电火花震源爆破地震波支护锚杆动力响应

微差时间及柱状装药特征对爆破振动效应影响研究

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岩石力学与工程学报 2017年第A02期36卷 3974-3983页

作者：陈士海胡帅伟初少凤华侨大学土木工程学院福建厦门361021 华侨大学福建省隧道与城市地下空间工程技术研究中心福建厦门361021

为了研究炮孔装药特征及微差时间对爆破振动效应影响,根据短柱装药爆破产生振动波的特点,研究双孔微差爆破振速的局部放大效应,同时在短柱装药爆破的基础上,研究长柱装药特征及起爆方式对炸药爆破振动效应的影响,得到长柱装药爆破下,药... 详细信息

为了研究炮孔装药特征及微差时间对爆破振动效应影响,根据短柱装药爆破产生振动波的特点,研究双孔微差爆破振速的局部放大效应,同时在短柱装药爆破的基础上,研究长柱装药特征及起爆方式对炸药爆破振动效应的影响,得到长柱装药爆破下,药包长度、爆轰速度、埋置深度、起爆方式及围岩介质变化等对质点振速的影响,并利用萨氏公式拟合了柱状装药爆破下质点峰值速度。分析表明:局部放大效应的幅值及范围与微差时间和爆破荷载衰减系数密切相关。对于药包顶端以下点,当装药长度增加到一定程度时,质点振速不再随之增加,同时爆轰速度对爆破振动效应的影响也只限制在一定速度范围内。对于药包顶端以上点,柱状装药埋置长度越长,地表振速越大。不同的起爆方式下,底部起爆振速最大,其次是两端起爆,最小的是顶端起爆。距离爆源越近处的质点的振动效应受围岩介质变化影响越明显。柱状装药拟合得到的萨氏公式能较好地表征出长柱装药爆破振动峰值速度特点,球状装药拟合得到的萨氏公式不能表示长柱装药爆破振动特征。

关键词：爆破工程柱状药包微差爆破爆破振动波质点峰值速度振动特性

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圆形隧洞围岩应力松弛效应解析理论

浙江大学学报（工学版） 2016年第11期50卷 2170-2176页

作者：周雨晴俞缙张建智华侨大学福建省隧道与城市地下空间工程技术研究中心福建厦门361021 华侨大学土木工程学院福建厦门361021

为了深化效应的理论认识,建立圆隧围岩应力松弛效应理论模型,采用经典应力松弛模型计算围岩三维应力场,探讨应力松弛模型及其流变参数的敏感性.结果表明:采用Burgers模型与西原模型均能充分反映围岩应力松弛效应,围岩三向应力均随时间... 详细信息

为了深化效应的理论认识,建立圆隧围岩应力松弛效应理论模型,采用经典应力松弛模型计算围岩三维应力场,探讨应力松弛模型及其流变参数的敏感性.结果表明:采用Burgers模型与西原模型均能充分反映围岩应力松弛效应,围岩三向应力均随时间推移而迅速降低直至稳定于某一平衡状态;在应力松弛初期,环向应力下降的速度明显大于轴向应力与径向应力;围岩三向应力收敛值均随Burgers模型Kelvin体切向模量的增大而增大,Kelvin体黏滞系数的影响贯穿于应力松弛全过程;西原模型Kelvin体黏滞系数影响下围岩应力收敛值一致,应力松弛过程呈现非线性非完全衰减特征,应力松弛时间尺度随着Kelvin体剪切模量增大而增大,显著区别于Burgers模型下围岩应力松弛规律.

关键词：隧洞工程应力松弛 Burgers模型西原模型

三合土表面微生物诱导碳酸钙沉淀耐水性试验研究

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岩石力学与工程学报 2019年第8期38卷 1718-1728页

作者：刘士雨俞缙韩亮蔡燕燕涂兵雄周建烽华侨大学土木工程学院福建厦门361021 华侨大学福建省隧道与城市地下空间工程技术研究中心福建厦门361021

水害是引起土遗址表面侵蚀的最主要因素之一,利用微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术在三合土材料表面形成耐水保护层,以达到提高三合土材料耐水性的目的。通过静态接触角试验、毛细吸水试验、Karsten管试验、耐久性试验、耐酸性试验、水... 详细信息

水害是引起土遗址表面侵蚀的最主要因素之一,利用微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术在三合土材料表面形成耐水保护层,以达到提高三合土材料耐水性的目的。通过静态接触角试验、毛细吸水试验、Karsten管试验、耐久性试验、耐酸性试验、水蒸气渗透性试验和表面颜色变化试验评估碳酸钙保护层对三合土材料的保护效果,并分析细菌和胶结液浓度对保护效果的影响。试验结果表明,微生物诱导的碳酸钙沉淀通过改变土样表面的微观结构,可大幅度提高其耐水性;较高的细菌和胶结液浓度可以使沉淀层起到较佳的保护作用,但其影响并不是线性的,细菌溶液存在一个适宜浓度,小于该浓度时,细菌浓度的改变对处理试样的耐水性影响较大,当超过该浓度时,细菌浓度的改变对处理试样的耐水性影响并不明显,细菌适宜浓度的发现可以在保证MICP技术工程实际应用效果的同时,提高其经济性;微生物诱导的碳酸钙沉淀保护层不仅耐久性良好,而且对样品本身的透气性和颜色影响较小。MICP技术可作为缓解土遗址表层风化的有效方法。

关键词：土力学土遗址表面侵蚀微生物碳酸钙保护层耐水性

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爆破振动下围岩支护锚杆动力响应解析解

岩土力学 2019年第1期40卷 281-287页

作者：胡帅伟陈士海华侨大学土木工程学院福建厦门361021 华侨大学福建省隧道与城市地下空间工程技术研究中心福建厦门361021

为了研究爆破掘进施工对巷道支护锚杆的影响,采用结构动力学理论,从理论上推导出了锚杆在爆破地震波作用下的振动规律,计算出锚杆上的位移、振速、轴力随时间的变化,研究了黏结式锚杆在爆破动荷载作用下的动力响应特征。结果表明:自由... 详细信息

为了研究爆破掘进施工对巷道支护锚杆的影响,采用结构动力学理论,从理论上推导出了锚杆在爆破地震波作用下的振动规律,计算出锚杆上的位移、振速、轴力随时间的变化,研究了黏结式锚杆在爆破动荷载作用下的动力响应特征。结果表明:自由段锚杆的轴力和轴向振速呈现指数型衰减,而锚固段锚杆的轴力和轴向振速以及剪应力呈现正弦变化,整体表现为先增大后减小。锚固长度对锚杆振动效应影响较大,不同锚固长度时锚杆受力状态不同,在锚杆满足抗拉强度的前提下,可以适当减小锚固段长度。剪切刚度对锚杆的振动有一定的影响,剪切刚度越大,锚杆与锚固砂浆之间的剪应力也越大。故为了防止锚杆不发生剪切破坏,尽量选择剪切刚度较小的锚固剂材料。研究成果对掘进爆破安全技术的提高具有一定的指导意义。

关键词：爆破振动地下工程锚杆支护动力响应

基于土壤物理特性扩展技术的土水特征曲线预测方法

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岩土工程学报 2017年第5期39卷 924-931页

作者：刘士雨俞缙蔡燕燕涂兵雄华侨大学土木工程学院福建厦门361021 福建省隧道与城市地下空间工程技术研究中心福建厦门361021

土水特征曲线是模拟水和污染物在非饱和土中运移的重要水力特性参数。但是,土水特征曲线的直接量测方法比较困难。Arya和Paris提出了一种通过粒径分布曲线预测土水特征曲线的模型——AP模型。该模型引入一个转换系数α建立土体假想形态... 详细信息

土水特征曲线是模拟水和污染物在非饱和土中运移的重要水力特性参数。但是,土水特征曲线的直接量测方法比较困难。Arya和Paris提出了一种通过粒径分布曲线预测土水特征曲线的模型——AP模型。该模型引入一个转换系数α建立土体假想形态与真实形态之间的联系。但是,现有的推导系数α的方法一方面计算过程过于复杂,另一方面没有全面考虑土的物理特性。基于土壤物理特性扩展技术提出一种新的计算参数α的方法。为了验证新方法,从非饱和土水力特性数据库中选出不同类型的土壤样本,采用新方法分别计算出各类型土壤的参数α。然后,将计算出的参数α用于预测其他土样的土水特征曲线,从而验证新方法计算出的参数α的有效性。还将提出的新方法与其他利用AP模型预测土水特征曲线的代表性方法进行对比,结果显示该方法预测结果更加准确。

关键词：土水特征曲线土壤物理特性 Arya和Paris模型扩展技术