• 基于围岩本体 Mogi-Coulomb 强度准则的层理性岩层斜井井壁稳定模型

  层理性地层中进行大斜度井施工的井壁失稳问题较为突出，在传统井壁稳定模型基础上，以弱面对岩石强 度的弱化作用实验为依据，引入欧拉变换充分考虑三维地应力方向的任意性，利用 Mogi-Coulomb 准则强化中主 应力对围岩本体强度的影响，结合单弱面强度准则建立分析层理性地层斜井井壁稳定问题的模型，并进一步给出 计算斜井坍塌压力与破裂压力的方法与公式。实验与计算结果表明：当加载方向与弱面夹角为 30°时岩石强度最 低；Mogi-Coulomb 准则因考虑了中主应力的影响而对围岩本体强度的估计更为有效；考虑层理弱面影响的井壁坍 塌破坏区域明显增大，破坏位置也发生改变；取得最小坍塌压力值的钻井方向在空间中与层理面并非简单的垂直 关系；空间中关于地应力主平面对称的井孔破裂压力相同。利用所建模型进行安全泥浆压力窗口的计算可为安全 钻井以及斜井轨迹设计提供理论依据。

  2024-12-18 iGeo

• 岩土工程边坡稳定性分析中的拉伸破坏问题

  应用 FLAC3D 数值软件结合强度折减法，分别定义 2 种破坏准则来考虑拉伸破坏和不考虑拉伸破坏，并根 据对比分析原理，模拟 2 种典型类型的边坡——均质土坡和含有节理的岩坡在不同的坡高、坡角、节理倾角情况 下的稳定性问题，以探讨是否需要考虑拉伸破坏，以及在何种条件下必须考虑，影响程度如何。模拟结果显示， 在采用连续介质力学与理想弹塑性模型来模拟滑坡问题时，是否考虑拉伸破坏对均质土坡稳定性影响不大，但对 于模拟节理岩坡滑动的影响不可忽略。考虑抗拉强度准则之后，岩土边坡安全系数偏于保守。对于稳定性越好的 边坡，进行失稳分析时，拉伸破坏对安全系数的计算影响越大。同时在岩质边坡节理的倾角接近水平和竖直时， 只有在考虑拉伸破坏时才可以更加真实合理地模拟出边坡的破坏区以及剪切滑动面。采用定义的 2 种破坏准则分 析意大利阿勒颇露天矿山滑坡问题，验证上述研究结论。最后，对数值模拟方法、本构模型、孔隙水压等对边坡 稳定性模拟分析的影响进行讨论。

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• 平行盾构开挖离心机模拟试验研究

  通过离心模型试验模拟平行盾构隧道近接开挖施工，研究了盾构隧道近接开挖对既有隧道结构内力、管片变 形和地表沉降的变化规律。结果表明：①隧道开挖引起地表沉降的大小与开挖的步骤有关，而沉降槽的范围基本不变； ②既有隧道靠近新建隧道一侧受拉，这一侧弯矩出现负增量，侧向土压力也有一定的减小，且既有隧道直径水平向变 大，而垂向直径基本不受影响；③由于土拱效应，新建隧道已完成开挖部分管片拱顶的土压力随开挖进程先减小后增 大；④采用地层结构法可以准确模拟隧道开挖过程的隧道结构力学特性与变形规律。

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• 脆性岩体开挖损伤区范围与影响因素研究

  在脆性岩体地下工程开挖损伤区中，由应力导致的围岩损伤破裂占据主要地位。基于地下洞室开挖破坏数据 库，修正了 Kaiser 等人提出的预测硬岩损伤区深度的经验公式，通过考虑原位应力比的影响，修正后的经验公式在拟 合优度和预测准确性方面均有了一定程度的改善。为进一步研究开挖损伤区的范围及影响因素，提出了起裂判据 CIC 作为损伤区的力学表征指标，经对比验证，采用 CIC 判别的损伤区深度与经验公式预测值及现场实测值较为吻合，表 明 CIC 作为损伤区表征指标具有较好的可行性；在 CIC 基础上，分析了洞室形状、方位对围岩诱发应力和损伤区范围 的影响，研究表明，在高地应力场条件下，“谐洞”并不是最合理的洞形，而通过在小主应力方向上设置小曲率半径， 可将高压缩应力限制在局部范围内，从而避免洞室围岩大范围的损伤破裂。相关认识和结论具有一定理论和工程意义。

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• 非均质边坡强度折减法折减范围研究

  目前强度折减法分析边坡稳定的研究多针对均质简单边坡，而当涉及到非均质边坡时，就存在选择局部区域 还是选择所有区域进行强度折减的问题。以 FLAC3D为平台，基于计算收敛性准则利用内嵌 FISH 语言二次开发了能够 自动搜索安全系数的整体强度折减代码和局部强度折减代码；结合特征点位移突变准则利用内嵌 FISH 语言二次开发了 依据位移–折减系数曲线判定边坡安全系数的整体强度折减代码和局部强度折减代码；通过有关算例，验证了自编程 序的有效性。在此基础上，针对一个非均质边坡分别按照整体强度折减与局部强度折减进行稳定性数值分析，研究表 明，两者所得安全系数并不总是一致，整体强度折减法计算所得安全系数与极限平衡法计算结果较为一致，而局部强 度折减法若不能合理选择折减区域则不能正确评价边坡的稳定性。因此，采用强度折减法对非均质边坡进行稳定性分 析时，建议对整个模型都进行折减。

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• 基于监控量测的山岭隧道工程风险管理分析

  风险的概念已贯穿于整个社会，具有典型的时空差异性。山岭隧道工程是一高风险工程，主要原因在于其涉 及的不确定性因素较多，表现为地质环境复杂、基础信息不充分、施工技术复杂等方面。风险管理和控制是削减山岭 隧道工程风险的有效手段，可于工程建设各阶段实施。其中施工阶段的残余风险可利用监控量测进行管理和控制。以 浙江黄衢南高速公路璜田隧道为例，根据不良事件发生可能性和潜在破坏程度建立了以该隧道风险管理矩阵、基于监 控量测数据的风险日报表及预警系统为主体的风险管理框架。经璜田隧道出口端右线 YK17+660 断面拱顶沉降数据和 现场调查验证，所建立的风险管理框架能有效地控制该隧道的建设阶段风险，可为类似工程的风险管理和控制提供思 路。并认为山岭隧道工程风险接受准则的建立应基于隧道围岩变形容许极限及其响应时间。

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• 基岩地形对地震动影响研究

  在理论分析基础上，采用谱元法研究了基岩地形变化对地震动的影响。结果表明：①基岩面上地震动强度大 小与基岩面的产状、地震波入射方向等因素相关。地震波入射方向越接近基岩面切线方向，基岩面上地震动强度越小； 越接近基岩面法线方向，则越大。②基岩凸起地形的存在，导致与凸起区相对应地表处的地震动强度减弱，形成地震 动强度相对减弱区；基岩凹陷地形的存在，导致与凹陷区域相对应地表处的地震动强度增强，形成地震动强度相对增 强区。③基岩地形陡度不同，地震动强度相对变化区不同。基岩凸起地形作用下，地震动强度相对减弱区是基岩凸起 区的 1.13～1.69 倍，具有随陡度增大而逐渐增大的趋势；基岩凹陷地形作用下，地震动强度相对增强区是基岩凹陷区 的 0.5～1 倍，具有随陡度增大而逐渐减小的趋势。④覆盖层厚度不同，地震动强度相对变化区也不同。基岩凸起地形 作用下，地震动强度相对减弱区与基岩凸起区的比值具有随覆盖层厚度增大而逐渐增大的趋势；基岩凹陷地形作用下， 地震动强度相对增强区与基岩凹陷区的比值具有随覆盖层厚度增大而逐渐减小的趋势。

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• 上覆水平煤层采空区衬砌受荷模型试验研究

  隧道近接上覆水平采空区地层施工易扩大上覆围岩松动范围，增大松动荷载，为探明隧道衬砌结构受荷特性， 采用室内相似模型试验量测了上覆水平煤层采空区地层隧道二次衬砌结构内力（轴力、弯矩），分析了不同边界压力 作用下位移、轴力和弯矩的变化情况和特定压力下间距对二次衬砌受力的影响。结果表明：上覆采空区对洞周位移和 二衬内力造成了一定影响，采空区底板与隧道间距越小，位移越大，当竖向压力为 1000 kPa 时，与无采空区工况相比， 0.5D 工况最大位移增加 93.73%，1.0D 工况增加 27.90%；弯矩和轴力的增加越明显，当竖向压力为 500 kPa 时，与无采 空区工况相比，间距 0.5D 工况最大弯矩增加 139.68%，间距 1.0D 工况最大弯矩增加 34.39%，采空区的存在导致轴力 分布形态变化较大，间距 0.5D 工况平均轴力增加 78.39%，间距 1.0D 工况平均轴力增加 37.81%；最大偏心距出现在仰 拱部位，承载能力相对较低，是隧道主体结构的薄弱环节；二次衬砌仰拱位置最先开裂，煤层采空区对裂缝展开顺序 有一定影响。

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