基于压力拱理论的围岩压力计算研究

按照弹塑性理论,应用数值模拟的方法,通过对比隧道开挖前、后围岩的主应力矢量图,得到隧道开挖后,其周边围岩的主应力矢量方向发生了偏转,形成了压力拱;通过分析拱顶上方的应力状态,提出了压力拱成拱临界埋深和压力拱计算边界的概念;以铁路隧道参考图为准,分析了隧道埋深、跨度及围岩性质等因素对成拱临界埋深和计算边界的影响。经过分析,压力拱临界埋深与计算边界均随着跨度与围岩级别的增大而增大,且呈现一定的规律。通过多元非线性回归分析,得到了临界埋深和计算边界的计算公式,以此得出围岩压力的计算公式,并与《铁路隧道设计规范》所推荐的公式计算得到的围岩压力进行对比,结果表明,通过压力拱理论计算得到的围岩压力较规范要大,且随着围岩级别的增大,两者差值逐渐减小,其中Ⅴ级围岩最为接近。     

地震对地下硐室围岩动压力的影响

地下硐室围岩压力在地震荷载作用下的表现是岩土地震工程领域当前的热点问题之一。本文简述了目前我国隧道工程抗震规范关于地下硐室围岩动压力的确定方法,以四川黄草坪隧道的资料为例,利用有限差分法分析在不同峰值加速度的水平地震动输入下,硐室围岩压力对地震输入的响应,并与围岩静压力进行了对比分析。结果表明:随着输入地震动加速度峰值的增加,地下硐室围岩最大主应力峰值的增大;围岩最大主应力的地震反应峰值与输入地震动的加速度峰值有一定的关联;在加速度峰值小于0.2 g的地震动作用下,硐室围岩的最大主应力峰值变化较小,硐室结构一般不会发生破坏;地震作用时,硐室的斜上和斜下侧壁是整个结构的薄弱部位;衬砌结构对于地下硐室围岩最大主应力地震反应峰值的控制和硐室结构抗震性能的增强有极为重要的作用。     

平面应变条件下基于弹性理论的土压力计算及适用性研究

针对工程中大量存在的平面应变问题,依据平面应变条件和广义胡克定律,基于SMP、Lade-Duncan、AC-SMP和广义Mises强度准则,推导出考虑中主应力及泊松比影响的无黏性土主、被动土压力计算公式,并将其扩展至黏性土,讨论基于各强度准则土压力计算公式的适用范围。结果表明：考虑中主应力对土强度的贡献后,基于各强度准则所计算的主动土压力均小于朗肯主动土压力,被动土压力均大于朗肯被动土压力;主动土压力P_a随着泊松比的增大而减小,被动土压力P_P随着泊松比的增大而增大,且泊松比越大,与实测数据更为接近;基于同一强度准则下得到的主、被动土压力适用的内摩擦角范围随着泊松比的增大而增大;基于各强度准则的土压力计算公式均能较好的描述挡土结构上土压力的大小,其中广义Mises强度准则计算结果与实际工程更为吻合,研究成果可为挡土结构上土压力的计算提供一定理论参考。     

双向地震耦合作用下浅埋偏压黄土隧道共振特性研究

历次震害表明隧道等地下结构受地震影响较大,当地震动的卓越频率与结构的固有频率一致时,引发的共振会对结构产生更严重的破坏。针对共振这一地震中的特殊现象,通过ANSYS分析研究浅埋偏压黄土隧道在双向地震耦合作用下隧道衬砌各处的共振响应和围岩至衬砌段共振响应峰值的变化规律,同时考虑偏压角度和断面最大跨径对共振响应峰值的影响。研究结果表明：浅埋偏压黄土隧道具有多阶固有频率,衬砌的位移和应力均出现了共振现象且共振不表现出结构的自振频率特征;从围岩至衬砌段的共振响应具有放大效应;水平位移峰值随偏压角度的增大而减小;适当增大断面最大跨径对于抵抗共振是有利的;拱腰和拱脚处的主应力受共振影响较大,在隧道的抗震设计中应予以加强。     

基于上限定理的软土隧道开挖面稳定性分析

应用极限分析上限法研究软土隧道开挖面的稳定性,提出了纯粘土地基中不排水条件下隧道开挖面稳定性问题的改进破坏模式,并推导了隧道开挖面稳定计算的理论公式;编制相应的计算程序,优化得到了维持开挖面稳定的支护压力最优上限解。通过与已有极限分析上限法和极限分析有限元上限解的对比,验证了本文改进破坏模式的有效性,为工程设计提供了可靠的理论依据。同时,将支护压力表示为土体粘聚力、地表超载和土体重度三相叠加的形式,给出了各自影响系数的表达式,并对之进行了分析讨论。     

深部隧道围岩分区破裂颗粒流模拟研究

深部岩体处于"三高"环境下,表现出不同于浅埋岩体的性质,其变形破裂规律更为复杂(分区破裂、片帮、塑性流动、岩爆等),为了准确描绘深部隧道围岩变形破裂规律,采用PFC从微观角度研究深部岩体的宏观响应。研究发现:随着隧道埋深增加,压力增大,由浅部围岩表面塑性破坏变为深部围岩破裂扩展,破裂区域呈交替分区破裂向深部发展,破裂区的间距与岩性和埋深有关;从横断面看,拱腰先出现破裂,然后拱脚出现破裂,最后贯通形成破裂区;若围岩表面施加外力,破裂区域减小,分区向深部移动,因此预应力锚杆有效地改善了围岩承载特性;研究结果与模型试验吻合,符合深部岩体卸荷作用下的变形破坏规律。结论可为深部岩体工程设计施工提供参考。     

一种计算地下结构地震主动土压力的新方法

针对目前地下结构地震土压力设计方法的研究现状,介绍了计算挡土墙地震主动土压力的物部·冈部公式及浅埋隧道谢家然围岩压力理论。并结合物部·冈部公式、谢家然理论提出了一种适用于计算地下结构地震土压力的新方法。该方法基于极限平衡理论,根据谢家然理论提供的滑裂面参数构造了滑动土体,采用物部·冈部公式计算了滑动土体作用在地下结构边墙上的地震土压力。最后结合工程实例,将本文方法与其它计算方法进行了比较,评价了该计算方法的优缺点。     

某砂岩隧道在开挖过程中变形的数值模拟研究

以某砂岩隧道为背景,首先应用弹塑性理论对隧道开挖后围岩的变形屈服和拱顶及边墙的应力状态进行了分析,继而采用有限差分软件FLAC3D模拟了隧道开挖过程中围岩的位移及塑性变形情况。计算结果表明：该研究段隧道发生塑性屈服的临界深度为78．2m;当隧道开挖31m后,由于开挖卸荷作用使得原先储存在围岩内的大部分应力得以释放,此后困岩变形基本趋于稳定;该隧道在开挖过程中,边墙变形量最大,达到1．94mm,由于隧道在开挖过程中围岩的自稳作用,当开挖到一定时间后,围岩变形将趋于稳定;该隧道在开挖过程中,拱顶和底部以拉张破坏为主,边墙则产生剪切破坏。     

高烈度区公路隧道横通道地震响应分析

双洞隧道主隧道与横通道交接部位是隧道抗震中的薄弱位置,以穿越高烈度区隧道为背景,采用MIDAS GTS-NX有限元分析软件,对在汶川地震动作用下的公路隧道横通道进行地震响应分析。在X方向和Y方向地震动荷载的共同作用下,通过对围岩和衬砌的计算结果研究,得出以下结论:隧道整体的最大相对位移主要发生在主隧道与横通道拱顶和连接处;衬砌相对位移随埋深增加而减小;隧道产生的横向变形更大;横通道边墙位置更容易受到剪切破坏,主隧道与横通道连接处拱脚的弯矩、剪力、最大主应力和最大剪应力最大,应重点采取设防措施。     

水域隧道地震响应分析

本文基于Biot动力固结理论和弹性动力学理论,考虑海床（土壤）的两相性、黏弹性人工边界及流（水）-固耦合作用,建立了隧道-土-流体相互作用的力学模型,讨论了P波作用下有无水的情况以及水深、水域隧道埋深、海床土性质和地震波入射角等因素对隧道及其周围海床应力的影响。结果表明:隧道周围海床土的孔隙水压力和隧道内应力随着水深的增加而增加;地震波特性和海床土特性对隧道的内应力和海床土的孔隙水压力均有较大的影响;海床土的渗透性和隧道埋深对隧道的内应力影响较小,而对隧道周围海床土的孔隙水压力影响较大;地震动的入射角对隧道的内应力和隧道附近土层的孔隙水压力均有较大影响。      

Pressure dependence of melting of metals

A relationship between the melting temperature of a metal and its surface energy is used to predict, in a semi-empirical way, the variation of the melting temperature with pressure for sodium. The agreement of the predicted results with the experiments is very good.     

Ion Pressure at the Auroral Precipitation Boundaries and Its Relationship with the Solar Wind Dynamic Pressure

Geomagnetism and Aeronomy - The data from the DMSP F7 satellite for 1986 are used to study the behavior of ion pressure at the boundaries of auroral precipitation. The study is based on 7489...     

体应变的气压效应

通过对河北省张家口地震台体应变和气压观测和对比分析,探讨了消除气压干扰的方法。指出用别尔采夫滤波法去掉体应变固体潮和气压的短期用回归方程、相关分析、求气压系数,体应变残差等可排除气压干扰。结果表明,当体应变观测曲线出现异常时,消除气压干扰后,异常更加明显,更有利于对异常的识别和判断。发现去掉干扰后的体应变曲线与１９９８年１月１０日河北张北６．２级地震存在一定的对应关系。     

Pressure dependence of diffusion in ionic solids

A continuum model of point defects in ionic solids is developed and applied to the estimation of the pressure dependence of diffusion (in alkali halides). Activation enthalpies are expressed using macroscopic physical constants (lattice energy, elastic constants, dielectric constants, etc.) by introducing empirical parameters related to the microscopic nature of defects. Systematic relations are found between these parameters and other physical properties (ionic radius, volume fraction of anions in crystals, etc.). The nature of parameters for anions is shown to be significantly different from that for cations, probably due to the difference in “softness” between anions and cations. Such relations make it possible to estimate activation energy and volume of diffusion from the lattice energy, ionic radius, elastic constants, dielectric constants and their pressure derivatives. The calculated activation volumes agree well with experimental data. The effect of phase transition is also examined by comparing NaCl and CsCl structures. It is suggested that by phase transition from a less dense (NaCl) structure to a denser one (CsCl), the anion diffusion constant may not decrease as much as expected from the associated change in other physical properties. The validity of the models of van Liempt and of Keyes is examined. It is shown that van Liempt's model works well except for the migration process (especially anions), and that Keyes' model does not work so well for all processes.     

Pressure Oscillation Effects on the Saffman-Taylor Instability

— We studied experimentally the stability of the front between two immiscible fluids in a Hele-Shaw cell, which consists of two parallel glass plates separated by a narrow spacing. The fluid flow in a Hele-Shaw cell is governed by the Laplace's equation (pressure field) and Darcy's law (fluid transport), which makes of this experimental setup a two-dimensional analog of a porous medium (FABER, 1997). SAFFMAN and TAYLOR (1958) demonstrated that when the injected fluid is less viscous than the displaced one, the front between the fluids can be unstable and fingers may develop along the interface. We investigated the possibility of influencing the development of the Saffman-Taylor instability by modulating the injection pressure with weak periodic oscillations of low frequency (5 to 15 Hz). A series of experiments were performed, in which the evolution of the interface between the injected air and the displaced silicon oil was recorded with the help of a numerical photo camera. We observed that the oscillations of the injection pressure inhibit the development of fingers. We quantified the observed stabilization effect by performing a harmonic analysis of the shape of the front, and suggested an interpretation in terms of “stiffening” of the interface.