节理岩体隧道破坏规律与稳定性的数值研究
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岩土力学中的隧道稳定性研究在现代化城市的建设中,地下交通建设已成为一项必须的工程,其中地铁、隧道建设显然是重中之重。
隧道不仅可以改善交通拥堵问题并减少交通事故数量,还可以便于地下管道布置、城市排污及环境保护等。
然而隧道建设也会遭遇到风险,其中的隧道稳定性问题是隧道施工中一直困扰着岩土工程学家的问题。
岩土力学是研究岩石和土壤力学性质及其应用的一门学科,其中针对隧道稳定性的研究也成为学科研究中的重要方向。
可以说,了解岩土力学中隧道稳定性的原理,有助于合理的规划隧道的设计、建设和维护,从而降低隧道发生危机的风险。
隧道稳定性问题的研究方案:岩土工程技术人员需要考虑以下几个方面的问题,才能为隧道稳定性问题的解决提供方案:1.岩土力学计算:在隧道设计和建设过程中引入岩土力学原理,根据地下的地层情况和各种地质参数等,对隧道的稳定性进行计算和分析。
2. 地质勘探:在隧道设计的过程中,必须对勘探点附近地质情况进行详细的探测和分析,了解底部地层、地下水切换以及断层等信息,并据此进行参数计算,以此预测隧道的稳定性。
3.监测:在隧道建设过程中,需要进行隧道开挖及其他工程的监测,以及隧道的垂直形变、水位、温度等参数监测,从而及时发现隧道的运行状况。
岩土力学中解决隧道稳定性问题的方法:在实际工程中,针对隧道稳定性问题,有以下几种解决方法:1. 改变隧道的设计方案以降低施工用地对于岩土结构的影响。
2. 增加隧道施工环节中岩土工程的标准化与质量监控,提高施工的精度和安全性。
3. 引入新的材料和新的加固技术,从而保证隧道的稳定性。
4. 定期对已建的隧道进行检查、维护和加固,以确保隧道的长期稳定和安全运行。
在实际工程中,无论是计算、勘探、监测还是解决方案,都有它自身的特点,需要针对不同的隧道类型和地质条件,采用不同的方案进行解决。
如:隧道开挖前需要对地质情况再进行进一步了解,以及采用合理的加固技术尽可能降低岩土结构对隧道的影响等。
第23卷 第7期岩石力学与工程学报 23(7):1154~11572004年4月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering April ,20042002年6月28日收到初稿,2002年8月28日收到修改稿。
* 中国博士后科学基金(2002031045)资助项目。
作者 王贵君 简介:男,45岁,1983年毕业于阜新矿业学院,2001年获德国弗莱贝格工业大学工学博士学位,现任副教授、北京科技大学博士后,主要从事岩土流变力学、地下存储中的岩石力学问题和岩土力学数值分析方面的研究工作。
节理裂隙岩体中不同埋深无支护暗挖隧洞稳定性的离散元法数值分析*王贵君(北京科技大学土木与环境工程学院 北京 100083)摘要 针对一高速公路隧道工程,应用离散单元法对节理裂隙岩体中不同埋深无支护暗挖隧洞的稳定性及其机理进行了数值分析。
分析结果表明,当节理的赋存条件不利于隧洞稳定时,浅埋隧洞(如埋深只有5 m)的稳定性不如埋深较大隧洞(如埋深50 m)的稳定性好;反之,当节理的赋存条件有利于隧洞稳定时,则浅埋隧洞的稳定性比深埋隧洞的稳定性好。
分析结果还表明,“压力拱”效应在浅埋隧洞节理裂隙围岩稳定性中起着重要作用。
关键词 岩石力学,节理裂隙岩体,暗挖隧洞,埋深,稳定性分类号 TU 451 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2004)07-1154-04DEM ANALYSIS ON STABILITY OF UNSUPPORTED TUNNELS INJOINTED ROCK MASSES AT DIFFERENT DEPTHSWang Guijun(University of Science and Technology Beijing , Beijing 100083 China )Abstract The stability of unsupported tunnels in jointed rock masses at different depths is analyzed using the distinct element method. The analysis of an autobahn tunnel shows that the unsupported shallow tunnels (for example ,at a 5 m depth) are not as stable as those at a larger depth (for example ,at 50 m) if the joints are steep and there exist more joint sets ,and vice versa. The pressure-arch effect on the stability of jointed rock mass surrounding a shallow tunnel proves to be important.Key words rock mechanics ,jointed rock mass ,mined tunnel ,depth ,stability1 引 言在隧道工程中,上覆岩(土)层对隧洞既是加载体又是承载体,其自身的重力往往是构成隧洞竖向荷载的主要来源。
隧道围岩稳定性分析与加固技术研究隧道作为地下交通工程的重要组成部分,其决定着城市交通的畅通与发展。
然而,在隧道的建设、运营及使用过程中,会因为地质条件、水文地质条件、姿态等多种因素导致围岩的不稳定性,从而引起严重的安全隐患。
因此,对隧道围岩稳定性进行分析及相应的加固技术研究,具有重要的实际意义。
一、隧道围岩稳定性分析1、地质条件及水文地质条件分析在隧道建设前,需要进行地质钻探等一系列勘探工作,获取地质、水文地质等方面的相关信息,以便为后续的设计工作提供精确的基础数据。
同时,根据不同地质条件和水文地质条件的特点,对于岩体的物理力学性质、化学特性和水文地质特征等进行分析,以提高隧道围岩稳定性预测的准确性。
2、姿态分析隧道的几何姿态是影响隧道围岩稳定性的重要因素之一。
根据隧道的设计参数和围岩的力学特性,对于姿态角、掏切比、围压大小等因素进行科学分析和提前预测。
只有将所有影响因素加以综合考虑,才能够准确预测隧道围岩稳定性,为后续的加固工作提供科学依据。
3、稳定性计算根据隧道的设计参数和围岩的力学特性,采用方法计算出隧道各截面的围岩稳定系数,确定隧道围岩的稳定性。
同时,进行有限元模拟分析,确定隧道围岩的应力状态,为后续的加固设计提供参考依据。
二、隧道围岩加固技术研究1、高压注浆高压注浆技术是目前隧道围岩补强加固技术中最常用的一种。
该技术通过向岩体内部注入一定数量的水泥浆,进而增强岩体的密实度和抗压强度,改善其力学性质,进一步提高隧道的围岩稳定性。
2、锚杆加固锚杆加固是指将钢筋或拉索预埋在洞壁内或洞壁周围的土层、岩体中,利用锚固力,将锚杆与洞壁紧密连接,从而达到加固效果。
该技术适用于较软的岩石或土壤,其不仅在岩体内部产生锚杆支撑框架,还可以增加其抗拉强度。
3、喷涂加固喷涂加固是利用喷涂机,将钢筋、混凝土等材料喷涂在洞壁上,形成喷涂墙或喷涂块,从而形成能够抗拆、抗析的加固效果。
相比于传统的加固方法,喷涂加固获得了广泛的应用,同时也逐步成为了加固技术的主要趋势。
节理特性对隧道围岩稳定性影响的研究
王贵君;任杨茹
【期刊名称】《河北工业大学学报》
【年(卷),期】2017(046)001
【摘要】以依托隧道工程为背景,应用离散元软件UDEC建立节理裂隙岩体中的未支护隧道数值模型,研究贯通节理特性对节理裂隙岩体中隧道围岩稳定性的影向.研究结果表明,隧道围岩较大环向应力的存在有利于隧道围岩的稳定性.贯通节理的倾角和间距对隧道拱顶围岩环向应力的分布影响很大,拱顶围岩中较大环向应力的出现会在拱顶形成“压力拱”,将上覆岩层的自重荷载向隧道两侧围岩传递,从而达到“自稳”状态.节理面的抗剪强度对未支护隧道围岩的应力状态和围岩稳定性有显著影响,控制着围岩可能的破坏形态.
【总页数】5页(P103-107)
【作者】王贵君;任杨茹
【作者单位】河北工业大学土木与交通学院,天津30040;河北工业大学土木与交通学院,天津30040
【正文语种】中文
【中图分类】TU45
【相关文献】
1.不同节理倾角对红层地区偏压隧道围岩稳定性的影响 [J], 朱劲;徐幼建;许瑞宁
2.节理岩体隧道围岩稳定性离散元数值模拟 [J], 刘世超
3.考虑节理的六盘山隧道围岩稳定性研究 [J], 段隆臣;闫丰;蒲有林;谭松成
4.隧道围岩优势节理面统计及其块体稳定性分析 [J], 段群苗
5.不同节理位置及倾角对隧道围岩稳定性的影响分析 [J], 贺暄
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节理岩体隧道的稳定性分析及破坏机理彭双喜【摘要】In the past,only displacement,stress,size and distribution of plastic zone can be ob-tained when analyzing the stability of jointed rock tunnel.Neither can be found the location and range of the failure surface clearly,nor can obtain quantitative criteria of safety factor.Quantitative analysis for sta-bility of jointed rock tunnel is deduced in this paper by model test and numerical analysis.Failure state and safety factor of jointed rock tunnel are calculated by using FEM strength reduction.The results show that joint obliquityhas a greater impact on the location of failure surface.Ifα=0°,failure surface distrib-utes symmetrically on bothsides;ifα=30°and 45°,failure surface rotates with the change of joint obliq-uity correspondingly and distributes in the up-down parts ofjoint;ifα≥60°,failure surface transfers to the vault and the foots of the side wall mainly because of the gravity;in particular,ifα=90°,a failure surface can be formed in the middle of vault.The safety factor results show that safety factors reduce in different degrees in jointed rock tunnel compared with homogenous tunnel but joint obliquity has little impact on safety factor.With the reducing of joint spacing and strength,the safety factor decreases.%以往只有位移,应力,尺寸和塑性区分布在分析节理岩体隧道的稳定性时考虑。
桥隧工程觀不同节理位置及倾角对隧道岩稳定性的影响分析贺暄(新疆维吾尔自治区交通规划勘察设计研究院,新疆乌鲁木齐830006)摘要:文章以黄土含节理地区隧道开挖为例,采用有限元软件Midas建立模型,并考虑不同节理节理工况,对隧道围岩及应力变化规律进行了分析。
结果表明:()考节理,对于水移,节理的 会靠近节理一侧拱腰的最大水平移;对于竖向位移,节理的大竖向位移向节理处靠近。
节理在拱腰、拱拱顶,其最大竖向位移比无节理时分别大8.8%、、).3%和).3%,节理在拱肩处应力比拱拱顶时围岩应力分别大3.2%和4.)%。
(2)节理倾角为3)\45\6)°和9)时的最大竖向位移值比节理时分别大23.)%、14.8%、93%和7.4%,随着节理 的增大,最大竖向位移值减小;节理倾角为45j j和90时的最大应力比节理为3)时分别小).4%、11%和2.)%,节理的增大,最大围岩应力,但整化趋势不大。
关键词:隧道工程;黄土;节理;位移;倾角;应力中图分类号:U451+2文献标识码:A DOI:1).13282/ki.wccst.202).)6.)3)文章编号:1673-4874(202))06-)108-)40引言节理是影响岩定性的重要因素之一,不同节理节理对于隧道工程都有较大的影响,西南地区,遍布的黄常常伴有节理,因此,研究黄节理的对隧道稳定性的影响至关重要。
近年来,国内一些对此进行了相关研究:朱劲、张志强等人[1-2]坝湾隧道靠口为研究对象,采用数值模拟的方法研究了地区节理隧道围岩力学响应、变形特性;赵作富、王贵;*3-4+分析隧道向条岩层节理对顶平衡拱围岩应力的影响,研究节理对隧道拱顶围岩稳定性的影响,结果岩、隧道走向与岩向相拱顶围岩的稳定性随节理增大而,隧道走向与岩向垂直时拱顶围岩的稳定性随节理增大而增大;马天辉、[5-6]-围压条,数值模拟了节理岩隧洞围岩损伤破坏过程,研究了节理岩体中隧洞围岩体的破坏机理,分析了岩节理对隧围岩定性的影响规'本文主要以某处黄节理地区隧道开挖为例,通过采用元软件Midas建立模型,并考节理 节理 工况,对隧道围岩及应力变化规律进行了分析,以期研究结果可为类似工程提考鉴。
第24卷 增1 岩石力学与工程学报 V ol.24 Supp.1 2005年8月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Aug .,2005收稿日期:2005–04–02;修回日期:2005–05–30 基金项目:辽宁省博士启动基金资助项目(20041077)作者简介:刘 君(1972–),男,博士,2001年毕业于大连理工大学水工结构工程专业,现任副教授,主要从事非连续变形分析方法方面的教学与研究工作。
E-mail :junliu@ 。
节理岩体中隧道开挖与地震作用下围岩的稳定性刘 君,孔宪京(大连理工大学 土木水利学院工程抗震研究所,辽宁 大连 116024)摘要:节理、断层等不连续面的存在造成岩体变形的不连续性并且这些不连续面对岩体变形、应力等力学行为造成重要的影响。
在地震的作用下节理面可能张开、滑移。
在有临空面时,节理岩体将表现出显著的几何非线性和大变形。
对已有的非连续变形分析程序进行了改进,应用改进的程序模拟了节理岩体中隧洞开挖的过程以及地震荷载作用下隧道围岩的动力响应,并模拟了围岩的失稳和破坏过程,这有助于了解节理岩体中隧道围岩的变形和破坏机制。
从计算结果可以看出,非连续变形分析方法可很好地模拟节理岩体中的隧道开挖过程以及地震荷载作用下围岩从稳定、失稳到破坏的全过程。
关键词:隧道工程;节理岩体;开挖;地震荷载;非连续变形分析中图分类号:U 451;TU 49 文献标识码:A 文章编号:1000–6915(2005)增1–4929–05STABILITY OF TUNNEL IN JOINTED ROCK MASSES DURINGEXCA V ATION AND UNDER EARTHQUAKE LOADLIU Jun ,KONG Xian-jing(School of Civil and Hydraulic Engineering ,Dalian University of Technology ,Dalian 116024,China )Abstract :The mechanical properties of jointed rock masses are dominantly controlled by the joints. The joints may slip or open subjected to seismic load. When there exists a free surface ,jointed rock masses will behave highly nonlinear with large deformation. Under ground excavation ,the surrounding rock mass may be under stable condition in the environment of in-situ stress ,but it may lose its stability when subjected to seismic load. The mechanical behaviors of the inclined jointed rock masses during excavation and under earthquake load are simulated by using discontinuous deformation analysis(DDA). Two improvements for excavation and lining are developed and implemented into the original DDA program ,and the process of the tunnel excavation and earthquake response are simulated by using the advanced program. The whole failure process of the surrounding rock mass is simulated ,which is of help to understand the mechanism of deformation and failure of underground excavation in jointed rock masses. These results suggest that the advanced DDA can be applied to the process simulation of the tunnel excavation and the failure process of the surrounding rock mass under earthquake load. Key words :tunneling engineering ;jointed rock masses ;excavation ;earthquake ;discontinuous deformation analysis1 引 言当前,许多地下结构正在建造或即将开始规划,比如隧道、地下采矿工程以及地下厂房等。
深埋隧道层状岩体破坏失稳机理实验研究1. 本文概述随着我国基础设施建设的大力推进,深埋隧道工程在公路、铁路及水电建设中日益增多。
这些隧道往往穿越复杂的地质环境,尤其是层状岩体区域,其稳定性问题成为工程安全的关键因素。
层状岩体的破坏失稳机理研究对于确保隧道工程的安全、经济和高效建设具有重要意义。
本文旨在通过实验研究,深入探讨深埋隧道层状岩体的破坏失稳机理,为隧道设计和施工提供科学依据。
主要研究内容包括:通过地质调查和室内外试验,分析层状岩体的物理力学性质运用数值模拟方法,模拟隧道开挖过程中层状岩体的应力应变行为结合现场监测数据,验证理论模型和数值模拟的准确性,并提出相应的工程措施和建议。
本文的研究成果不仅有助于提高深埋隧道层状岩体稳定性评价的准确性,而且对于类似工程的设计和施工也具有重要的参考价值。
2. 文献综述深埋隧道施工中,岩体的稳定性是工程安全的关键问题。
过去的研究主要集中在隧道岩体的稳定性分析、破坏机理和支护技术等方面。
文献中常见的分析方法包括有限元法、离散元法、极限平衡法等。
这些方法为隧道岩体稳定性评估提供了理论基础。
层状岩体因其特有的层状结构,其力学特性与均质岩体存在显著差异。
已有文献对层状岩体的力学行为进行了广泛研究,包括层状岩体的本构模型、强度准则和破坏模式等。
这些研究为理解层状岩体的破坏失稳机理提供了重要参考。
隧道施工过程中,岩体的破坏机理一直是研究的重点。
文献中关于岩体破坏机理的研究主要集中在岩体的裂隙扩展、岩爆、塌方等方面。
这些研究揭示了施工过程中岩体破坏的复杂性和多样性。
为了更深入地理解隧道层状岩体的破坏失稳机理,实验研究是不可或缺的手段。
现有的实验研究方法包括室内模型试验、现场原位试验和数值模拟等。
这些方法为揭示隧道层状岩体的破坏失稳过程提供了实验依据。
尽管前人在隧道层状岩体稳定性方面进行了大量研究,但仍存在一些不足。
例如,现有的实验研究多基于简化的模型,与实际工程条件存在差距。