摘要：收敛-约束法(特性曲线法)是将理论解析、现场实测、工程经验相结合的一种地下工程结构设计方法,是目前分析围岩-支护相互作用关系及开展支护优化设计的常用方法。基于收敛-约束法的基本原理,总结给出了经典的支护特征与支护结构变形方程,理论计算获得了喷射混凝土、锚杆(索)、U型钢支架等支护结构的支护特征曲线,分析了支护结构的几何尺寸(直径、长度)、间排距、材料强度等参数对支护压力的影响特征;随着喷射混凝土厚度及强度等级的增加,喷射混凝土提供的支护刚度和支护压力逐渐增大;随着锚杆(索)直径、长度、杆体材料强度的增加及间排距的减小,锚杆的支护压力显著增加;U型钢支架的排距越小及材料强度越大,其提供的支护压力越大。采用FLAC^(3D)内嵌的莫尔库伦应变软化本构模型,建立了考虑岩石峰后应变软化与扩容特性的深部软岩巷道数值分析模型,计算获得了不同应力状态下巷道纵剖面变形曲线、围岩特征曲线,分析了锚喷、锚杆(索)喷、锚喷U型钢等3种联合支护技术对深部巷道围岩大变形控制的适用性,验证了锚喷U型钢联合支护技术应用于深部巷道支护工程的可行性。考虑岩石峰后应变软化与扩容特性的应变软化本构模型和经典的莫尔库伦本构模型的数值模拟结果相差较大,采用莫尔库伦本构模型的数值模拟结果保守,支护结构提供的支护压力无法满足深部巷道稳定性控制要求,支护后巷道围岩变形较大甚至会发生冒顶、片帮等安全事故。

摘要：我国盐穴地下储气库大多建造在具有不同渗透性的层状盐岩地层中,因此保证储库拥有良好的密闭性至关重要。针对盐穴井筒“裸眼段”意外跨越微渗地层而导致储气库密闭性失效的问题,自主研发了渗漏地层注浆封堵试验平台,并结合现场地质渗漏情况设计了注浆封堵可行性试验方案。在确定了兼具流动性和填充密实性的浆液配合比后,开展了超细水泥封堵岩芯的试验研究。结果表明,超细水泥可以有效填充岩芯孔隙并降低其渗透率,注浆后岩芯孔隙率和渗透率降幅分别达到近16%和95%。封堵试验数据显示浆液封堵范围与注浆时间呈幂函数关系,浆液流型满足幂律流,而非牛顿流。该研究成果可为盐穴储气库微渗地层注浆封堵提供必要的理论和试验依据,对类似密闭性失效井筒的二次利用具有重要意义。

摘要：复杂应力状态下泥质砂岩遇水软化,严重降低围岩承载力,导致围岩破坏范围和变形压力增大,严重威胁输水隧洞运行期安全。为此,以兰州水源地输水隧洞泥质砂岩为研究对象,开展了不同浸润时间下的三轴压缩试验研究。试验结果表明,随着浸润时间的延长,泥质砂岩岩样峰值强度和残余强度对围压的敏感程度逐渐降低,水在一定程度上降低了峰值强度和残余强度对围压的敏感程度;浸润前期,残余强度随浸润时间的降低速率明显小于峰值强度随浸润时间的降低速率,水对泥质砂岩岩样峰值强度的软化作用较为明显;泥质砂岩岩样的峰值强度、残余强度和弹性模量均随浸润时间的增长呈负指数关系减小;随着围压的升高,浸润时间对弹性模量的影响程度逐渐减弱,围压升高在一定程度上降低了水对泥质砂岩岩样弹性模量的软化作用。

摘要：水泥3D打印技术在土木建造工程和类岩石力学行为模拟中日渐推广,其水泥基3D打印材料方面却一直面临流动性、收缩性、可加工性等质量与成型控制方面的挑战和基础性配方缺乏的不足。首先针对水泥基3D打印实体质量评价的问题,建立了一套考虑成型全过程的6指标评估体系及其质量分级方法,包括流动性、挤出性、凝结时间、可建造性、密实性以及变形率,从打印过程、堆积成型、实体精度三方面实现对3D打印实体模型的质量评价;进而采用不同阈值范围的两阶段正交设计与打印测试进行了水泥基3D打印材料的基础性配合比试验优选,获得了一种综合打印性能较好的基础性配合比;最后对其打印成型水泥基3D实体模型进行单轴压缩试验,并评估了其类岩石力学特性,从而得到一种新型的类岩石水泥基3D打印基础性配合比,可为采用水泥基3D打印材料的工程建造和岩石工程物理模拟试验奠定基础。

摘要：边坡最危险滑动面的搜索方法一直是研究的热点,但边坡内部次级滑动面也可能不满足安全设计要求,因此,考虑边坡多条滑动面的分析方法亦应得到关注。在传统强度折减法中,对边坡整个区域的抗剪强度参数进行折减,此方法仅可得到一个临界滑动面和最小安全系数。提出了一种基于局部强度折减法的多滑面分析方法,即首先定义单元安全系数的概念,并且计算边坡每个单元的安全系数,然后自动搜索出单元安全系数处于不同范围内的单元集合,对各个单元集合的强度参数进行折减计算,即可得到不同安全系数对应的滑动面。通过单台阶和双台阶边坡算例验证了该方法的可行性,结果表明,随着安全系数的增大,潜在滑面的深度和潜在滑动区域亦增大。最后把该方法应用到某隧道进口仰坡的稳定性评价中,通过该方法得到的多级滑动面与现场监测数据吻合较好。

摘要：针对西江特大桥广州岸岩锚锚碇系统的承载稳定性问题,采用工程地质勘察、室内及现场原位岩石力学特性试验、钻孔摄像及声波测试等手段,获取承载边坡的岩体地质力学特性,并建立边坡地质力学模型,同时进行现场拉锚试验验证预应力锚索设计的可靠性。采用三维数值模拟方法研究锚碇系统在施加预应力和承担外荷载两种情况下,边坡岩体的稳定性和锚碇群锚中不同位置的预应力锚索锚固力的分布特征。研究表明,在桥梁施工荷载的拉拔作用下,广州岸锚碇边坡整体稳定,坡表变形为毫米级;锚索锚固力呈不均匀分布形态,主要集中在锚固段前2 m范围内,最大值出现在锚固段端头;锚碇群锚的锚固力应力集中程度由大到小依次是角锚、边锚、中间锚。超载试验表明,整个锚碇系统的极限抗拔力不小于8倍设计荷载。锚索现场监测数值显示,锚碇承载期间锚索索力基本稳定,中间锚的索力小于角锚。研究方法及成果可供类似的桥梁及抗倾拔工程中的岩锚锚碇设计及安全评价借鉴。

摘要：根据杭州地区地下浅层气的分布规律和赋存特点,结合杭州地铁工程,设计了一套模型试验系统。借助物理模型试验,研究了浅层含气土层中气体释放和再回聚对地铁隧道受力稳定性的影响。试验结果表明,在含浅层气地层中穿过的地铁隧道,土中气体的释放和再回聚会使隧道产生附加变形与附加内力;气体变化过程对隧道管片截面相对变形和内力的影响较弱,而对隧道整体变形则具有显著影响;气体释放后的再回聚过程对隧道结构变形和内力的影响明显小于前期的气体释放过程。处于含浅层气地层区域的地铁隧道,应将隧道的整体稳定性作为控制重点,并且施工前,宜将地层中气体进行超前有控排放,以减弱后期给地铁工程带来的不利影响。

摘要：高地应力条件下隧道或硐室钻爆开挖需考虑初始地应力动态卸荷效应,同时其最终损伤形态会受多个因素影响。采用三维有限差分软件FLAC3D讨论了爆破荷载与地应力动态卸荷复合作用下隧道围岩损伤分布,并重点研究了侧压力系数、岩体力学性质、卸荷速率对围岩损伤范围的影响,最后通过赣龙铁路梅花山隧道开挖损伤区检测结果进行了验证。研究表明,考虑动态卸荷效应的围岩损伤范围明显大于只考虑爆破荷载作用下的围岩损伤范围,在中高地应力条件下,初始地应力动态卸荷对围岩的损伤破坏作用不可忽视;随着侧压力系数逐渐增大,损伤区形态呈现明显的方向性,当侧压力系数为1时,损伤区沿开挖轮廓面分布较为均匀,侧压力系数不为1时,损伤区主要向小主应力方向集中;岩石力学性质越好,损伤范围越小;卸荷速率越快,围岩损伤范围越大,但影响并不十分显著。结果可为高地应力下隧道开挖稳定性分析和支护设计提供一定参考。

摘要：如何评价冻融循环条件下压实黄土的力学特性是我国黄土高原挖填方工程设计中亟需解决的重要科学问题,为此,本文对冻融循环次数、含砂量、含盐量和含水率等几个关键影响因素进行研究,通过开展无侧限压缩试验,获得了压实黄土的单轴抗压强度(UCS)。同时还开展了压实黄土的波速测试,分析了不同冻融循环条件下压实黄土的剪切波波速(VS)和压缩波波速(VP)的变化规律。研究结果表明:(1)随着冻融循环次数的增加,黄土试样的剪切波波速和压缩波波速减小,且含砂量较低的试样的波速降低更加明显;(2)含盐量高的黄土试样在经历第1次冻融循环后波速大幅衰减,但继续冻融循环时,其强度降低幅度不大;(3)随着冻融循环次数和含水率的增加,土样破坏的形式呈现出由脆性破坏向塑性破坏过渡的趋势;(4)根据试验结果,研究建立了黄土波速与单轴抗压强度的经验关系式,研究成果为评价冻融循环作用下现场压实黄土的强度劣化提供了新思路。

摘要：为探讨非一致性地震作用下穿越破碎带长大隧道衬砌结构的变形机制,基于随机地震动理论,生成能体现长大隧道行波效应和衰减效应等局部地场效应的地震加速度时程曲线;通过建立不同的不利地质结构形式的多方案隧道有限元计算模型,采用仰拱分区域垂直入射地震波的方式,分析不同倾角、厚度以及岩体等级的破碎带对隧道衬砌轴向和横向变形的影响,揭示非一致性地震作用下长大隧道衬砌结构变形特征。结果表明:非一致性地震作用下长大隧道衬砌结构变形具有明显的空间非一致性;沿隧道轴向方向,破碎带的存在限制了衬砌轴向拉压变形,但加剧了衬砌的轴向剪切变形,当破碎带与隧道夹角为45°时衬砌的轴向拉压和剪切变形最大,而衬砌整体轴向变形受破碎带厚度和岩体等级的影响较小;沿隧道横断面方向,衬砌纵向剪切变形主要集中于拱腰位置,而径向剪切变形集中于拱顶和仰拱位置,衬砌的最大纵向和径向剪切变形均出现在破碎带倾角为45°时,且当破碎带厚度过大时,衬砌横断面的剪切变形也较大,但不同岩体等级对衬砌横断面的剪切变形影响不大。