Rocscience 应用案例 · 第 4 页
Rocscience 应用案例、建模方法与工程分析实践，按发布时间由近到远浏览，第 4 页。
砂性土地基深基坑工程对周边环境的影响分析
随着城市建设的发展，周边环境复杂的深基坑工程数量明显增多，基坑的开挖必将改变周围土体应力场，对 周边环境产生影响。以杭州一紧邻地铁隧道的砂性土地基深基坑工程为例，运用 Plaxis 软件对基坑施工过程中围护结 构以及临近隧道变形进行模拟，并与现场监测数据进行了对比分析，探讨了基坑外土体位移的衰减规律。结果表明： 计算结果与实测结果基本吻合，砂性土地基深基坑开挖会引起围护结构、周边土体以及临近隧道产生向基坑方向的位 移，变形规律与开挖工况以及距基坑远近密切相关。本文结果为类似砂性土地基深基坑工程设计及施工提供有益借鉴。
阅读详情含泥化夹层顺层和反倾岩质边坡动力响应差异性研究
设计并制作了两个同尺寸的含泥化夹层顺层和反倾岩质边坡，并进行了大型振动台试验，对含泥化夹层顺层 和反倾岩质边坡的动力响应差异性进行了分析，研究结果表明: 顺层边坡坡体内部加速度放大系数整体上小于反倾边 坡；在坡体中上部（相对高度大于 0.4），顺层边坡坡面加速度放大系数大于反倾边坡，在坡体下部（相对高度小于等 于 0.4），顺层边坡坡面加速度放大系数与反倾边坡近似相等；顺层边坡和反倾边坡坡面位移随输入地震动强度增大而 大幅度增加，顺层边坡坡面位移大于反倾边坡，且随着输入地震波幅值的增加，顺层边坡和反倾边坡坡顶位移之间的 差值增大；反倾边坡较顺层边坡具有更高的地震稳定性；顺层边坡破坏形式主要表现为坡体后缘的垂直张拉裂隙、岩 层沿泥化夹层的顺层滑动以及坡顶岩块崩落，而反倾边坡的破坏形式主要表现为坡面水平向和垂直向裂隙交错、泥化 夹层挤出以及坡顶被震碎。
阅读详情陡倾层状岩质斜坡极限平衡稳定分析
针对自然界中的层状岩质滑坡绝大部分呈现出明显的三维形态特征，在倾倒破坏极限平衡二维推导分析方法 的基础上，考虑层状岩质斜坡的三维受力状态，进行三维力系的简化与等效，提出了考虑三维受力的倾倒分析方法， 在考虑真倾角方向的倾倒极限平衡分析中，将层状岩质滑坡近似为悬臂梁处理。并以重庆鸡冠岭滑坡为例进行验证分 析。计算结果表明：①自然状态下，鸡冠岭斜坡处于稳定状态；②地下采空状态下，鸡冠岭煤层上覆岩层逐层发生倾 倒破坏，并挤压下伏阻滑关键块体，导致关键块体剪出破坏后形成滑坡。该分析结果与实际情况基本一致。
阅读详情纯主应力旋转条件下饱和黏土累积变形的热力学模型分析
不同于岩土弹塑性模型和经验回归模型，提供了一个基于颗粒固体流体动力学的热力学本构模型。该模型通 过对岩土颗粒固体的弹性弛豫和颗粒熵运动等耗散机制的定量描述，可以模拟土体的非线性硬化、软化等宏观力学行 为，尤其适用于主应力旋转土体累积塑性应变的模拟。纯主应力旋转条件下杭州黏土的模拟结果表明：即使不改变土 体的主应力大小，纯主应力方向的旋转依然会引起土体的非弹性变形的积累。在主应力旋转过程中，土体的应变方向 与应力方向并不一致，存在明显的非共轴现象。并且应变峰值的出现明显落后于应力峰值，应力–应变关系曲线存在 较大的滞回圈，表明纯主应力旋转过程中也存在能量耗散，并非完全弹性过程。模型分析结果符合现有的试验结论。
阅读详情非水反应型材料灌浆堵漏模型研究
灌浆是解决工程渗漏问题的重要技术手段，堵漏材料是灌浆技术的核心。水泥浆液、水泥膏浆、速凝膏浆、 改性沥青、低热沥青等非水反应型浆液是最常用的堵漏材料。根据浆液流变性质、在宽大孔（裂）隙中的扩散方式和 封堵机理以及灌浆工艺参数建立了非水反应型灌浆材料的堵漏模型，对不同浆液在不同开度、不同流速地层的堵漏效 率和堵漏效果进行了计算分析，可以为非水反应型浆液在堵漏工程中的选择使用提供依据。
阅读详情人字形切槽巴西圆盘岩石试样复合型断裂渐进过程数值模拟研究
人字形切槽巴西圆盘（CCNBD）岩石试样由于诸多优点，被国际岩石力学学会确定为岩石 I 型断裂韧度测试 建议方法，并被众多学者应用于复合型（包括纯Ⅱ型）断裂试验研究。然而，CCNBD 在复合型荷载下的渐进断裂机理 尚未完全获悉，复合型断裂韧度测试基于的穿透直裂纹扩展假设并未严格评估，用于复合型断裂研究的合理性还未得 到有效验证。采用细观损伤力学软件首次模拟得到 CCNBD 在复合型荷载下的渐进破坏过程。结果显示：裂纹不仅萌 生于人字形韧带尖端，且易产生于切槽边缘，造成真实裂纹前缘为曲线形，与人字形切槽试样断裂韧度测试所基于的 穿透直裂纹假设不符；裂纹并非沿着预制人字形韧带平面扩展到其根部，切槽边缘的破裂方向均朝向加载端，形成扭 曲的三维翼形裂纹。数值模拟结果同物理实验对比，十分吻合。CCNBD 的裂纹形态和渐进扩展规律不符合当前普遍采 用的复合型测试原理，因此采用 CCNBD 试样进行岩石复合型（包括纯Ⅱ型）断裂韧度测试值得商榷。
阅读详情层状各向异性岩体破坏模式判据数值实现及工程应用
基于 FLAC3D平台，针对层状岩体的力学行为和变形破坏机制建立反映横观各向同性的层状岩体各向异性模型。 根据层状结构特性及变形特征，将层状岩体的破坏模式分为层间破坏和岩块破坏。层间破坏又分为层间拉裂、层面滑 移、弯曲破坏，岩块破坏又分为拉裂破坏和剪切破坏，建立各种破坏模式的判据及计算方法。将计算过程应用于某水 电站泄洪建筑物围岩稳定性分析中，各向同性和层状各向异性计算结果的对比分析说明层状岩体中的层面方位对围岩 变形分布、破坏模式和塑性区扩展方向起到了控制作用。
阅读详情固液耦合模式下含断层缺陷煤层回采诱发底板损伤及断层活化突水机制研究
针对具体地质条件，以现场试验数据为基础，采用相似材料试验及数值模拟相结合的分析方法，对含断层缺 陷煤层回采过程中底板损伤破坏及断层活化规律进行研究，研究得出：采用内径不同的水管能够很好地反映底板岩层 渗透性的空间差异性，通过采用调节注水管水柱高度的方式可以控制水压以满足设计要求；煤层埋深、承压水水压及 断层落差越大越易突水，断层防水煤柱宽度越大越不易突水；通过试验及模拟计算再现了不同因素影响下煤层回采过 程中底板采动裂隙形成、断层活化到突水通道形成的全过程，揭示了含断层构造底板突水通道的形成机制；研究结果 对承压水上含断层缺陷煤层回采时防水煤柱的留设具有重要的参考价值。
阅读详情“挡墙溃屈”型滑坡锁固段抗滑稳定性研究
“挡墙溃屈”型滑坡是一类典型的大型岩质边坡破坏失稳模式，锁固段的物理力学性能为该类边坡稳定性的 控制因素。依据此类边坡的受力特征，将上部坡体按其地质结构（如岩体层面）划分计算条块，采用极限分析上限法 求出上部坡体对锁固段的作用力（方向和大小）。通过对锁固段的极限剪切平衡分析，推导了剪切破坏模式下锁固段 的稳定性系数计算公式。以四川溪口滑坡为例进行了应用分析。首先根据稳定性系数与锁固段剪切面倾角的关系，确 定锁固段最危险截面位置。进而定量分析了最危险截面宽度与边坡稳定状态的相关性。研究成果对“挡墙溃屈”型滑 坡的稳定性评价及灾害控制具有较好的指导意义。
阅读详情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。
阅读详情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。
阅读详情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。
阅读详情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。
阅读详情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。
阅读详情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。
阅读详情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。
阅读详情基于围岩本体 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。
阅读详情弹性基础边界基本顶薄板初次破断的 kDL 效应
基本顶的初次破断规律多采用四边固支边界模型分析，但实际的岩层环境难以实现固支。为了研究基本顶 实际围岩条件时的破断规律及破断条件，建立弹性基础边界条件弹性薄板力学模型，运用有限差分方法计算弹性 基础系数 k 与基本顶厚度 h、弹性模量 E、泊松比、跨度 L 之间的相互关系对基本顶主弯矩及起始破断位置的影 响，并根据主弯矩破断准则得出：弹性基础边界时基本顶首先在中部或长边超前煤壁处破断；比值 k/E 或 k/h3或 k/(Eh3 )不变时基本顶破断位置不变；k/E 或 k/h3或 k/(Eh3 )小时基本顶中部先破断、即煤层松软、基本顶厚度及弹性 模量大时基本顶中部先破断；k/E 或 k/h3 或 k/(Eh3 )大时基本顶长边超前煤壁先破断、即煤层坚硬且基本顶厚度及 弹性模量小时基本顶长边先破断。弹性基础边界时基本顶的初次破断规律由 k，L 和基本顶刚度 D 复合决定，长壁工 作面基本顶的破断类型及条件为(k/D) 1/4L＞9.6 时：长边超前煤壁→中部→短边超前煤壁、或长边超前煤壁→短 边超前煤壁→中部，(k/D) 1/4L＜9.4 时：中部→长边超前煤壁→短边超前煤壁，(k/D) 1/4L = (9.5±0.1)时，基本顶中部 和长边超前煤壁位置接近同时破断；对于方形工作面，(k/D) 1/4L＞10.5 时四边超前煤壁区先破断，(k/D) 1/4L＜10.1 时中 部先破断，(k/D) 1/4L = (10.3±0.2)时四边超前煤壁区与中部接近同时破断。
阅读详情