关键词： 软岩隧道   开挖卸荷   空间效应   数值仿真   现场监测  

摘要： 随着我国交通拥堵问题的日益严峻,传统的两车道公路隧道逐渐向三车道甚至四车道等大断面方向发展,而大断面山岭隧道在软弱岩层中修建时经常遇到掌子面失稳及地表塌陷等工程问题,使得施工难度及成本大大增加,也给国家造成了巨大的经济损失。因此,为了探明导致上述工程问题的根本原因,揭示围岩失稳破坏机理,进而提出有效的防治措施,本文以长城岭隧道为工程背景,从隧道施工过程力学的角度出发,通过理论研究、数值仿真与现场监测相结合的方法,对大断面软岩隧道开挖过程中围岩的卸荷及变形空间效应进行了研究。主要研究结论如下:（1）通过对大量文献资料的总结,归纳了适合目前我国隧道建设发展现状的大断面软岩隧道定义,将开挖断面面积大于100m2、围岩为IV级及其以下等级且具有抗压强度低、风化程度高、遇水易膨胀软化等特征的隧道称为大断面软岩隧道,并简要介绍了目前关于隧道开挖围岩卸荷及变形空间效应方面的主要研究成果,为本文的研究提供了理论基础。（2）大断面软岩隧道在开挖过程中,围岩的卸荷过程大致可总结为三个阶段,分别为荷载集中阶段、急剧卸荷阶段和卸荷稳定阶段;隧道洞周各处围岩的卸荷情况差异较大,拱顶及拱底位置卸荷程度要大于拱肩及边墙位置,围岩的破坏始于拱顶,随着卸荷程度的增大逐渐向拱肩及边墙发展,最终导致围岩整体失稳;通过正交试验等方法分析了三种因素对围岩卸荷的影响程度为围岩等级>断面大小>施工方法。（3）大断面软岩隧道的开挖不能视为简单的平面应变问题,而应建立三维分析模型,隧道开挖对围岩变形空间效应的影响范围约在掌子面距监测断面前方1倍洞径到通过监测断面后1倍洞径之间的这一段距离;围岩的变形与卸荷过程相对应,主要经历了三个阶段,即预变形阶段、急剧变形阶段和变形稳定阶段;拱顶沉降及拱底回弹变形量普遍大于边墙收敛变形,大断面软岩隧道开挖对拱顶上方的岩体扰动范围最大,这也是导致浅埋隧段地表塌陷的主要原因之一。（4）通过对依托工程进行现场监测试验,分析认为洞周围岩变形随着掌子面的推进存在一定的空间效应,在开挖通过监测断面后约0.5倍洞径范围内,围岩变形增长速率较大,其累计变形值达到总变形量的80%以上,说明此阶段围岩的应力调整最为剧烈,可根据该过程的空间影响范围适当优化超前加固等支护参数,从而防止岩体发生失稳破坏;之后随着掌子面的远离,其变化过程变为缓慢增长阶段,并最终达到稳定状态;由监测分析结果可知,拱顶沉降变形值最大,其次为拱肩,最后为边墙位置。（5）针对长城岭隧道掌子面失稳塌方原因进行了研究分析,将其归结为岩体风化严重、夹杂软弱泥层、埋深较浅及施工不当等四个方面;依据大断面隧道开挖空间影响机制的相关结论,结合现场实际情况提出了综合加固处理措施,分别为地表塌腔回填、掌子面喷浆封闭、拱顶一定范围超前预注浆加固和更改施工方案调整支护参数等,并通过对现场进行监控量测验证了加固方案的合理性,对实际工程具有一定的指导意义。

关键词： 软岩   卸荷-流变   长期稳定   本构模型  

摘要： 在铁路、水电站、矿山等工程施工中洞室开挖中,软岩经常出现,并且软岩的流变特性导致在施工后的变形持续时间久、变形大,对软岩洞室的长期稳定有着因此,。本文采用取自四川甘孜藏族自治州丹巴县四川省大渡河丹巴水电站右岸平垌的软岩,开展了单三轴试验和卸荷-流变试验,主要研究内容如下:1)采用RMT-150C对软岩进行了单三轴压缩试验,得到软岩的单三轴应力应变曲线、不同围压单三轴强度、变形和破坏特征,得到软岩试样在峰值强度状态下的粘聚力c和内摩擦角?等力学参数。2)采用RMT-150C开展三轴卸荷试验,对软岩进行了相同围压不同轴压三轴卸荷试验,得到了三轴卸荷试验曲线。对三轴卸荷试验进行了横向对比,较完整地揭示了软岩三轴卸荷试验的强度特性,变形特征,建立了不同应力水平下弹性模量、变形模量变化关系。3)采用RLW-2000微机控制岩石三轴蠕变试验机开展卸荷-流变试验,对软岩进行恒轴压卸围压路径下的一级和分级卸荷-流变试验,对两种试验轴向及侧向变形随时间的变化规律进行对比;利用流变速率研究了软岩加速流变阶段轴向和侧向流变特征和流变速率变化规律;分析了不同轴压下的长期强度;分析了两种试验中试样的变形破坏特征。4)利用西原模型对软岩衰减流变阶段、稳定流变阶段的力学特性进行拟合,在软岩流变经典本构模型中加入一个非线性流变模型,得到一个新的本构模型,对软岩非线性加速流变进行拟合,通过比较拟合曲线和试验数据发现两者吻合度高,表明所建立的非线性黏弹塑性流变模型是合适的。

关键词： 数值模拟   高应力软岩   卸荷   变形   巷道支护  

摘要： 金川Ⅱ矿区岩体属于高应力软岩,文章研究了深部软岩巷道开挖卸载过程中围岩变形及支护效果等问题,通过建立3D有限元模型对巷道开挖进行动态模拟,并对巷道不同支护情形下的围岩变形进行对比分析。结果表明:巷道开挖卸载引起周围岩体应力释放,致使围岩向巷道径向挤压,产生的最大位移达到13.1cm,影响巷道的安全使用;采用U型钢+底部反拱共同支护后,对巷道两帮及顶板的支护效果比较明显,巷道两帮围岩的水平位移减少6.1cm,顶板围岩的沉降范围减少,且围岩应力释放速度减缓,但对巷道底板围岩的支护未达到要求,底板隆起值增加1.5cm;采用全断面喷锚支护后,巷道顶、底板处围岩的竖向位移显著减小,同时巷道两帮围岩水平位移也相应减小,但围岩应力释放的速度加快。

关键词： 泥质粉砂岩   卸荷流变   三轴   Burgers模型   损伤  

摘要： 为模拟隧洞开挖过程中围岩应力调整所产生的问题,对贵州某电站引水隧洞泥质粉砂岩进行了恒定轴压下的围压卸荷试验。结果表明:在一定偏应力的影响下,试样表现出了明显的流变力学特性;降低围压时,随着偏应力增大,试样轴向变形速率每级增长幅度在11%~34%之间,横向变形速率每级增长幅度在8%~27%之间,表明围压卸荷能够减弱对岩石内部颗粒滑移的束缚,从而增大变形速率。在三维Burgers模型的基础上,通过引入流变加速阶段的损伤修正系数,建立了软岩非线性阶段的本构模型,并与试验结果进行拟合分析,发现该模型能够很好地反映流变非线性阶段。

关键词： 节理软岩   卸荷流变   流变速率   试验研究  

摘要： 为了解节理软岩的卸荷流变力学特性,采用RLW-2000岩石三轴流变试验系统进行了恒轴压一次卸围压的流变试验,详细分析了相同轴压不同围压以及相同围压不同轴压条件下试样轴向及侧向流变随时间的变化规律。同时分析了试样流变速率随时间的变化规律及试验后试样的破坏形态。通过试验研究掌握了一些节理软岩的卸荷流变规律,为节理岩体的本构模型的进一步研究建立了基础。

关键词： 岩石力学   软岩   三轴卸荷流变试验   非线性损伤流变模型  

摘要： 以典型软岩-泥质粉砂岩为研究对象,进行了不同应力水平下的恒轴压、分级卸围压室内流变试验。试验结果表明,软岩在卸荷条件下的轴向及侧向流变变形较大,各向异性显著。在恒定围压较高时,轴向流变变形较大,而随着围压逐级降低,侧向流变变形发展较轴向更快,试样在破裂围压下的侧向变形远大于轴向。通过深入分析软岩卸荷流变试验成果可知,线性Burgers流变模型能较好地反映各级围压下流变曲线的衰减流变及稳态流变阶段,但对于破裂围压下的非线性加速流变阶段无法描述。基于上述分析,建立一个非线性损伤流变模型,采用Levenberg-Marquardt非线性优化最小二乘法对试验结果进行拟合,并获得软岩的非线性流变参数。经比较,拟合计算与试验曲线吻合程度很高,说明该流变模型能较好地反映软岩卸荷流变各阶段的曲线特征。

关键词： 安全发展   安全生产理论   深部软岩巷道   卸荷特性   变形破坏机理  

摘要： 安全发展是构建和谐社会的前提,煤炭行业的安全生产又是重中之重,随着煤炭开采深度的增加,巷道支护和管理方面存在的困难将无疑超过浅部其他水平,深部高应力软岩巷道围岩控制成为制约矿井安全、高效生产的主要因素之一。当前我国在安全生产理论方面的研究成果已经对煤矿的安全生产产生了重大影响,并取得卓越成就,而安全生产科学理论的贯彻执行必须借助技术、设备和工艺的创新性研究,并在现场实践中得以全面应用。本文通过对深部巷道开挖过程的应力调整机理、破坏特性及本构关系的研究,提出以锚杆、锚索为主的深部软岩巷道联合支护控制对策,并强调支护材料性能的互补性和施工的适时性。经现场实践,取得良好支护效果。

关键词： 高边坡   卸荷   监测  

摘要： 以大型岩土工程数值分析软件(ADINA)为研究手段,基于卸荷岩体力学理论与方法,对某公路开挖高边坡进行了开挖卸荷分析,综合考虑了初始工况、开挖工况、卸荷工况,加固工况,并与监测数据进行了对比分析,卸荷岩体力学理论考虑了边坡开挖面附近的强卸荷区域以及该区域岩体参数的劣化,计算结果与监测数据吻合较好,进而也验证了卸荷岩体力学理论在边坡开挖计算分析中的合理性。研究成果对边坡的后期运营提供了指导,对其他工程也有一定的借鉴作用。