摘要：深部岩体开挖会引起围岩弹性应变能释放,是岩体破坏的诱因之一。依托草果山隧道,开展多次地应力测试,采用基于最小二乘法的线性回归方法,考虑构造应力进行地应力反演,采用数值模拟手段,研究了隧道开挖过程中弹性应变能的分布特征,建立弹性应变能与岩爆等级的对应关系,并对现场岩爆进行预测。研究结果表明:隧道开挖会引起掌子面及其前方3 m范围内围岩弹性应变能下降,掌子面前方4~10 m范围内围岩弹性应变能增大;引起拱顶、拱脚和拱底区域弹性应变能增大,影响范围为1~2倍洞径;岩爆预测结果与实际开挖中岩爆发生情况基本相符,研究成果对深埋隧道设计和施工具有借鉴意义。

摘要：该文依托滇中引水工程香炉山隧洞,开展深埋隧洞掘进过程中岩爆风险预测研究,提出基于数值样本和随机森林(random forest,RF)的岩爆风险快速预测代理模型。以地应力和围岩本构参数作为模型输入特征,以围岩最大弹性应变能密度作为输出特征,开展使用隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)掘进深埋隧洞过程中的多工况数值仿真,基于正交试验设计构建了611组数值样本,并通过围岩能量演化分析和相关性分析,验证输入、输出参数的合理性。进一步以RF为基分类器,利用10折交叉验证优化超参数,建立了岩爆风险快速预测代理模型,并对比多种机器学习算法,验证所提代理模型的预测准确性和适用性。结果表明:所提方法具有良好的预测性能和泛化能力,测试集样本的预测准确率达82.02%,优于用于比较的其余4种机器学习模型,为快速预测深埋隧洞施工期岩爆风险提供了一种研究路径。

摘要：隧道掘进引起的应力调整会导致围岩的弹性应变能分布发生改变,其中弹性应变能大幅跃升区域的围岩发生岩爆的可能性极高。依托米仓山特长隧道,采用三维数值模拟手段,基于弹性应变能理论研究了隧道掘进过程中弹性应变能的变化规律。研究结果表明:在高地应力条件下隧道掘进会导致明显的卸荷作用,引起围岩应力的重分布,从而导致掌子面附近区域弹性应变能剧烈改变,其中掌子面及其前方7 m范围内围岩的弹性应变能呈现下降趋势,掌子面后方围岩弹性应变能呈现增加趋势;拱顶部位弹性应变能增加幅度为3. 56倍、边墙部位弹性应变能增加幅度为3. 73倍、基底部位弹性应变能增加幅度为4. 66倍,存在发生岩爆的可能。

摘要：【目的】材料微结构中界面能异性和弹性应变能是产生各向异性的主要因素,本文主要研究含弹性应变能的各向异性相场模型的紧致指数时间差分方法。【方法】在紧致指数时间差分方法框架下引入了界面能异性和弹性应变能的计算,将界面能异性和弹性应变能归于指数时间差分方法的非线性项统一处理,为二者设计了算子分裂格式。【结果】从数学上证明了算子分裂格式能够保证能量稳定,并进行了镍基合金以及Zr的氢化物的材料腐蚀相场模型的数值实验,验证了含弹性应变能的各向异性相场模型的指数时间差分方法的能量稳定性。【局限】本文仅得到了指数时间差分方法的一阶和二阶求解格式,更高阶的求解格式有待进一步探索。【结论】设计了能量稳定的含弹性应变能的各向异性相场模型的指数时间差分方法。

摘要：在极高地应力硬岩隧道中,隧道合理净距不仅影响隧道的空间利用率和经济性,同时也对隧道发生岩爆的剧烈程度有较大影响,合理的隧道净距可最大限度满足结构安全性和隧道经济性要求,所以找到合适的隧道净距至关重要。依托拟建成都—汶川的龙门山高地应力隧道,设计了5种隧道净距,为了找到合理的隧道净距,分别对5种净距下的隧道洞壁进行了位移和应力分析;重点对不同侧压力系数下净距变化对位移和最大主应力的影响进行了分析,采用弹性应变能的岩爆判据对各工况进行了岩爆倾向性分析。结果说明:隧道净距的增加会使得隧道洞群间的影响减小,其中靠近中夹岩一侧的特征点应力和位移变化较明显;隧道洞壁靠近中夹岩一侧比远离中夹岩一侧最大主应力更大,更易发生岩爆;侧压力系数为0.8和1时的合理净距为1.5D(D为正洞宽度),侧压力系数为1.2和1.4时的合理净距为D。

摘要：研究岩爆倾向性对深井矿山的安全开采具有十分重要的意义。以某矿山为研究对象,采用一维云模型与多维云模型结合的手段,选取岩石应力系数、岩石脆性系数及岩石弹性应变能指数构建指标体系,对不同开采中段的3种矿岩进行岩爆倾向性评价。结果表明:该矿山设计开采范围(50 m~-450 m中段)内,顶板围岩整体为弱岩爆倾向,矿体整体为中岩爆倾向,底板围岩整体为弱岩爆倾向。

摘要：提出了一种考虑组件保形要求的组件布局-结构拓扑的多组件结构系统布局优化设计方法。在传统的多组件结构系统布局优化设计基础上,定义了组件设备的弹性应变能函数并用其定量衡量组件设备的弹性变形程度,在多组件结构系统布局优化过程中,采用组件设备的弹性应变能函数作为其保形设计约束,以实现抑制承载组件变形的设计目的。解析了组件设备保形设计约束对结构拓扑及组件布局设计变量的灵敏度,研究了组件保形设计约束与结构系统整体刚度之间的消长关系,分析了组件保形约束对组件布局及支撑结构材料拓扑分布的影响,在考虑组件保形设计约束的挂架系统布局优化模型中引入了系统的质心位置约束并完成了其解析灵敏度求解。通过数值算例,实现了考虑组件保形、材料用量分数、质心位置约束的多组件结构系统布局优化设计。数值算例的计算结果表明,引入组件保形约束的多组件结构系统布局优化设计方法能够有效抑制传力路径上参与承载的组件设备的弹性变形,实现组件设备的保形设计。

摘要：煤矿井下注浆可以加固围岩,更好的保证煤矿的安全生产,然而注浆钻孔的间距设计经常无优化方法。本研究通过研究注浆钻孔周围塑性区分布、弹性应变能分布特征与规律,获得一种确定注浆钻孔间距设计的思路。研究结果表明,塑性区的分布可以为浆液的扩展通道提供参考,当应力条件决定的塑性区形态为蝶形时,可以以蝶叶之间的互连作为注浆孔间距确定的原则之一;弹塑性介质应变能分布云图与塑性区分布关系密切,当通过注浆孔向围岩施加压力时,浆液大概率沿着蝶叶的方向进行扩展,作为能量释放的通道;弹性能的变化规律同样与塑性区的变化规律相同,蝶形塑性区形成时,弹塑性模型储存应变能明显增大,纯弹性模型和弹塑性模型的弹性能差值较大。在进行注浆钻孔间距设计时,可以从塑性区的相连、弹性能的释放程度角度考虑,获得最优的间距结果。本研究为通过塑性区分布、弹性应变能分布确定注浆钻孔间距提供了一种新的方法。

摘要：岩爆是一种严重威胁深埋地下工程施工安全的动力灾害,现有诸多岩爆判别指标,但均未考虑支护作用的影响。鉴于此,本文基于弹性应变能理论,结合锚固效应与锚杆吸能理论,提出了锚杆支护下的岩爆危险性判别准则。以草果山隧道为例,对不同锚杆支护参数下岩爆防治效果进行研究,选取锚杆间距、锚杆长度、锚杆直径和锚杆类型4个因素,在不同岩爆等级下进行正交数值模拟试验。试验结果表明:对岩爆判别准则影响大小次序依次为锚杆类型>锚杆间距>锚杆长度>锚杆直径。此外,试验结果还得出了不同岩爆等级下的锚杆支护的最优参数选择,为同类高地应力隧道支护措施设计提供了参考。

摘要：选择瑞利分布函数型式的位移增量,考虑地面超载,建立了Terzaghi机制下的基坑变形机制。引入超固结比这一重要影响因素,改进了考虑超固结比的剪切强度计算方法。基于强度调用设计(mobilized strength design,MSD)思想,综合考虑墙体弹性应变能的影响,建立了多层开挖引起位移增量条件下的能量守恒关系,得到了考虑多因素的变形预测方法。然后,基于参数分析,定量地分析了地面超载、墙体长度和刚度、开挖深度和嵌固条件对悬臂和鼓出位移的影响规律。最后,通过与经典案例的有限元分析及基于余弦函数的MSD法预测结果作比较,说明选取的位移增量函数能更好地吻合墙体变形剖面,考虑墙体弹性应变能可以提高位移预测的精度。