摘要：随着透明化物理模型试验在隧道工程力学机制与变形特征研究中发挥越发显著的作用,同时满足透明度和相似原理要求的围岩相似材料成为保证试验结果与实际工程相契合的关键.本文基于正交试验数据的统计分析,总结配置的透明胶结土相似材料的强度特性,探索用于表征隧道围岩特性的相似材料配合比量化设计方法.首先,选取熔融石英砂、纳米级白炭黑、正十二烷混合15#白油为原材料,设计2因素3水平的正交试验,完成重度、内摩擦角及黏聚力数据的测定;然后,应用串联法分别拟合表示重度、内摩擦角、黏聚力与石英砂粒径、胶石比(纳米级白炭黑与石英砂质量比)之间相互关系的多元非线性回归方程;最后,通过多元回归方程的联合求解,完成石英砂粒径、胶石比和几何相似常数的确定.试验结果表明:1)所配置的透明胶结土相似材料的重度、内摩擦角和黏聚力数值的变化区间分别为16.13~12.53kN/m^(3)、27.07°~14.82°和31~2.3 kPa,剪应力-剪切位移曲线均具有峰后平台型、峰后跌落型的特点;2)T检验和F检验的结果显示拟合得到的三个非线性回归方程自变量对因变量影响极其显著,方程本身真实可靠;3)将重度和内摩擦角的回归方程联立,解算石英砂粒径和胶石比,求得的石英砂粒径和胶石比数值代入黏聚力回归方程完成黏聚力的计算,计算黏聚力与原地层黏聚力的比值,得几何相似常数.构建了一种新型的相似材料配合比和几何相似常数量化设计方法.研究成果以期为隧道工程可视化物理模型试验设计提供理论支撑与数据参考.

摘要：根据水位条件、施工工艺和防排水设计原则将隧道渗流计算围岩透水边界条件大致划分为4种类型,并分析了不同透水边界条件适应的施工工况。基于复变函数理论和保角映射方法,推导得出4种透水边界条件下隧道围岩内任一点孔隙水压力和隧道涌水量解析计算公式,通过与数值解的对比,印证了解析解的准确性。在此基础上,根据不同透水边界条件下隧道涌水量和围岩关键点孔隙水压力随埋深直径比(h/D)的变化规律,分析了透水边界条件的变化对浅埋隧道和深埋隧道的影响,并探讨了浅埋水下隧道渗流计算中透水边界条件的选取。相关结论与认识对于隧道渗流计算和排水设计具有一定的指导作用和参考价值。

摘要：以工程实例为背景,对隧道洞口段施工过程中围岩的收敛变形、锚杆作用应力、一次衬砌、二次衬砌内的应力与变形以及围岩的压力进行观测,取得大量的试验数据,并结合数值计算结果进行分析,为隧道衬砌设计和施工的安全可靠性提供科学依据和技术指导,并为进一步的工程研究积累资料。

摘要：为减小爆破对隧道围岩的损伤,在传统光面爆破装药结构基础上,设计一种在炮孔一侧安放PVC-U材料来保护隧道围岩的装药结构,并分析了该方法的作用机制。为分析和验证PVC-U管对隧道围岩损伤的防护效果,利用Φ100mm的霍普金森试验装置进行隧道围岩损伤防护试验,从试件宏观破坏、应力波衰减和能量变化3方面进行了分析。结果表明:防护材料改变了岩石的受力状态,当防护材料厚度从0增加到6.24mm时,无防护材料的试件的破坏程度比有防护材料的试件严重,且随着防护材料厚度的增加破坏程度不断减小;试件的应力峰值呈不断降低趋势;应力峰值的降低率不断增加;耗散能与入射能比值从61.08%下降到39.97%。可见,防护材料对岩石冲击损伤具有一定防护作用。该方法在某巷道掘进中得到应用,并取得了良好效果。

摘要：围岩松动圈是制定隧道支护措施和整体稳定性评价的重要参数和依据,如何快速准确地确定松动圈范围已备受关注。以张-石(张家口至石家庄)高速公路上的多条隧道工程为背景,采用声波探测和理论计算相结合的方法,对不同埋深、围岩等级条件下的隧道松动圈进行了研究。基于D-P准则推导了围岩应力松动圈的弹塑性理论和损伤理论计算方法,其计算结果均小于单孔声波法测试结果,但两者变化规律类似。由于考虑了岩体的峰后软化特性,损伤理论分析法计算结果比弹塑性理论更加接近于实测值,运用损伤理论对围岩(特别是低级别围岩)松动圈进行预测是可行的,研究结果对其他类似工程具有借鉴作用。

摘要：为减小爆破对隧道围岩的损伤破坏,在传统光面爆破装药结构基础上,设计了一种在炮孔一侧安放PVC-U材料来保护隧道围岩的装药结构,并分析了该装药结构在爆破过程中对隧道围岩损伤防护的机理。为进一步验证PVC-U管的防护效果,利用57 mm口径的一级轻气炮装置和LS-DYNA 3D软件进行了岩石冲击损伤破坏分析。结果表明:保护层能够降低岩石试件冲击面上的应力波峰值和减小试件的损伤程度;在相同冲击速度下,岩石试件冲击面上的应力波峰值随保护层厚度的增加而不断下降。加有厚4 mm保护层材料的岩石试件的损伤度较无保护层时降低了21.1%。对岩石试件的冲击过程进行的数值模拟验证了理论分析和试验结果的正确性。说明放置在炮孔内的PVC-U管能够对岩石的爆破损伤破坏起到一定的防护作用。

摘要：基于差分法、正交设计和人工神经网络建立了新的隧道围岩物理力学参数反分析方法·按照正交设计要求选取不同物理力学参数,用FLAC差分程序计算得出相应的神经网络分析样本;进行网络训练和网络结构及学习参数优化;利用现场监测数据,对韩家岭隧道围岩物理力学参数进行神经网络反分析,分析结果满足精度要求·

摘要：在对国内外现行隧道围岩分级方法分析的基础上,指出了其在隧道工程设计和安全性控制,尤其是复杂围岩控制设计方面存在的突出问题,认为现行的隧道围岩分级概念模糊,难以适应复杂多变的地层条件和较为严苛的环境控制要求,尤其是对稳定性较差的复杂围岩条件缺乏有效的指导作用。从隧道围岩控制的宗旨出发,提出了隧道围岩及其支护系统安全性的概念,明确了其科学内涵和表征方法;重点对于不具备自稳能力的复杂围岩安全性进行了研究,建立了隧道围岩安全性的分析模型,提出了隧道围岩安全性分析中应考虑围岩预加固效果的必要性及其评价方法;基于隧道围岩尺度效应和地层结构效应(时间效应)的分析,建立了围岩尺度响应的表述方法,同时从细观结构层面分析了不同地层结构形式对安全性的影响关系;结合"支护–围岩"动态作用关系的分析,建立了极不稳定地层条件下复杂隧道围岩安全性的评价指标体系,将围岩超前变形、超前破坏和地层加固有效性作为核心评价指标,形成了包括9项基础指标的评价体系,并提出了安全性的分级方法。最后介绍了隧道围岩安全性的分级方案的工程应用。

摘要：应用FISH语言改进FLAC^(3D)软件的非饱和渗流计算功能,同时等效模拟渗流过程中土体强度折减和膨胀力增加的力学特性,提出降雨入渗下膨胀性黄土隧道围岩大变形破坏数值演化分析方法.依托某膨胀性黄土隧道工程实例,将隧道围岩变形及力学特性现场测试与计算结果比较,验证了该数值方法的适用性.结果表明:降雨持续作用下隧道围岩位移随含水率呈台阶形增长,分析得出了位移出现极大值时对应的含水率,在膨胀土隧道工程实践中可以此作为安全施工的一项监控指标;降雨持续作用60 h,隧道边墙正弯矩明显增大,初期支护向内挤出变形严重,围岩体剪切应变发育显著,且地表山体边坡发育出大面积塑性贯通区,数值分析有效揭示了隧道洞内塌方及地表山坡滑塌破坏机理.研究成果可对膨胀性黄土隧道围岩稳定性分析和变形控制提供一定的指导.

摘要：软弱夹层是山岭隧道常遇的不良地质现象,目前关于多条软弱夹层对隧道围岩稳定性的研究尚不多见,为加强该方向的研究,采用模型试验和数值模拟研究含2条软弱夹层隧道围岩开挖过程中的破坏模式。基于实际工程背景,设计模型试验,从裂隙损伤演变、应力场及应变场变化规律3个方面得到相吻合的破坏模式:首先拱顶受剪应力影响,沿软弱夹层发生滑移,进入塑性区;然后左、右拱肩受张拉应力影响,发生了塑性变形,出现张拉裂隙;接着右拱脚受剪、拉应力影响,进入塑性区;最后左拱脚受拉、剪应力影响,进入塑性区。采用FLAC^(3D)软件对试验进行模拟,将模拟结果与试验结果进行对比,并分析含单条软弱夹层和含2条软弱夹层隧道围岩破坏模式的差异性。结果表明:数值模拟结果与试验结果吻合良好;2条软弱夹层的存在会抑制软弱夹层下方隧道的水平收敛;隧道顶拱之上塑性破坏区域与水平面的倾角更小,表现出更危险的破坏趋势;顶拱区域、左拱脚与左中墙连通面应作为不利区域重点考虑;含2条软弱夹层的隧道围岩破坏模式有不同于单软弱夹层的规律,基于单条软弱夹层的支护方案进行设计、施工不能满足围岩稳定要求。