基于变形加固理论的隧洞与巷道开挖稳定分析

地下工程的开挖稳定和加固分析是岩土工程中的难题之一。变形加固理论是研究荷载超出结构极限承载力的理论,探求的目标是结构在承受荷载超出其极限承载力时维持稳定所需的最优加固力。给定荷载下结构出现不平衡力的区域即为首先破坏的区域;给定荷载下结构总是趋于加固力最小化、自承力最大化的状态。而整体稳定性可采用余能范数进行定量评价。基于三维非线性有限元方法,详细推导了不平衡力和塑性余能范数的表达式。通过典型深部隧洞与巷道开挖及加固的算例,对比分析了加固前后围岩内不平衡力的分布以及塑性余能范数的大小。结果表明,对围岩加固可在一定程度上提高围岩的强度和承载能力。     

变形稳定理论在盐岩储气库优化设计中的应用

为解决盐岩储气库洞室形状以及库群布置的优化设计问题,将变形加固理论发展和完善为变形稳定理论,把塑性余能与强度折减系数的K-ΔE关系曲线作为储气库群的整体稳定性判据。在变形稳定理论的基础上,对不同形状和布置方式的洞室的整体稳定性进行定量评价,优化分析了洞室形状以及库群的布置方式,进而获得最具安全稳定性的洞室形状和布置方式。研究结果表明,变形稳定理论为盐岩储气库洞室形状和洞群布置方式的优化设计提供了一套实用有效的分析理论和方法。     

岩体结构变形破坏的内在驱动力-不平衡力

岩体结构的变形破坏是一个渐近过程,常规的强度设计与极限分析均无法描述这一过程。在回顾总结岩体结构破坏控制、变形控制的基础上,提出岩体结构变形破坏控制最终要落实到开裂控制上来。总结了岩体结构开裂计算的特点和难点,阐明了用不平衡力描述岩体结构变形破坏过程的理论依据。分别从单轴压缩试验、边坡开挖卸荷、拱坝坝踵坝趾开裂等3个具体的数值案例论证不平衡力与开裂破坏的内在相关性。提出了蓄水导致不可逆的谷幅变形也是不平衡力作用结果:裂隙水压力使屈服面收缩、原先处于屈服或临界屈服状态的岩体应力状态超出屈服面,产生不平衡力和不可逆的塑性变形。指出了不平衡力本质是岩体结构非平衡态到平衡态的距离,岩体结构非平衡演化的总体趋势服从最小塑性余能原理,进一步指出了无法消除的不平衡力是岩体结构变形破坏的内在驱动力。不平衡力不仅可以作为岩体结构变形破坏的判据,还能给出相应的加固措施,具有重要的工程意义。     

高地应力大型地下洞群围岩变形破坏响应特征分析

我国西南地区的水电工程多拥有尺寸规模庞大的地下厂房洞室群,受高地应力及复杂地质条件影响,洞群施工期间围岩变形破坏问题十分突出。文章以白鹤滩水电站右岸地下洞室群为工程案例,基于多点变位计连续监测成果,从量值、空间分布和时间演化3个方面分析了主副厂房围岩变形响应规律。并基于现场调查情况,对地下洞群施工期多种围岩破坏现象的响应特征进行了分析。最后结合初始地应力状态、岩体特性等影响因素,对上述围岩变形破坏的作用机制进行了探讨。研究结果表明,厂区方向与厂房轴线近似垂直的第二主应力对厂房应力调整起控制作用,开挖后在厂房上游拱肩和下游墙脚处产生应力集中,应力集中区内发生片帮、围岩破裂及喷护混凝土开裂等应力主导型破坏;高地应力环境下开挖使围岩强烈卸荷,导致厂房围岩变形整体较大并具有时间效应,拱圈及边墙局部围岩变形随开挖持续增长、收敛性较差。     

基于变形加固理论的岩土边坡稳定和加固分析

传统的刚体极限平衡法和强度折减法在分析边坡稳定和加固时存在一定的局限性。基于变形加固理论,建立了基于弹塑性有限元分析的边坡稳定和加固分析方法。以余能范数作为边坡整体稳定评价的指标,通过强度参数降低过程中的余能范数的变化来确定边坡的整体稳定安全系数。加固的关键部位和加固力的大小通过边坡中不平衡力的分布来确定。滑动面则由方向相反的、成对的不平衡力的分界面来确定。针对3个经典边坡算例,分析了强度参数逐渐降低过程中的余能范数的变化和不平衡力的分布,确定了边坡的稳定安全系数以及相应的加固关键部位和加固力的大小。结果表明,变形加固理论基于岩土的三维非线性有限元分析,以此来进行边坡的稳定和加固分析是非常有效的,强度参数降低过程中不平衡力的发展演化过程反映的是边坡的破坏过程     

安徽花山古代大型地下洞室群工程地质条件与变形破坏规律研究

本文从工程地质条件和岩石力学两方面对古洞室群围岩的变形破坏规律，特别是支顶岩柱拉裂和剪裂破坏及顶板掉块等进行了研究，对洞室群的稳定性做出了初步评价。在此基础上，提出了以防止地表水沿裂隙入渗和建立一个高效监测系统为主要手段的建议。     

973项目“能源储备地下库群灾交机理与防护理论研究”启动大会在中科院武汉岩土所召开

2008年12月7日,由中国科学院武汉岩土力学研究所主持,联合中国矿业大学（北京）、清华大学、中国科学院地质与地球物理研究所、重庆大学、山东大学、中国人民解放军理工大学、中国石油勘探开发研究院廊坊分院等单位共同承担,科研经费达3300万元,研究团队包括3名院士、2名长江学者、48名博士,研究期为5年的国家973项目“能源储备地下库群灾变机理与防护理论研究”启动大会在武汉岩土所召开。     

大岗山水电站地下厂房洞室群变形稳定性分析

在岩体质量综合分级和岩体结构模型概化的基础上,运用有限元系统研究了大渡河大岗山水电站地下厂房洞室群开挖完成后围岩的应力场、变形场和塑性破坏区的分布和变化特征。洞室开挖后,在其周围的角顶部位均出现不同程度的应力集中,洞室周边均存在塑性区,以拉张破坏为主,建议开挖的同时采取适当的支护措施,为洞室群稳定性评价和工程施工设计提供了依据。     

基于颗粒离散元的矿柱群连锁失稳机理分析

矿矿柱群连锁失稳是破坏后果最为严重的采空区失稳模式。本文利用颗粒流离散元PFC2D研究了矿柱群连锁失稳的动态过程以及不同的矿柱安全系数、不同的诱发位置、不同的顶板刚度对矿柱群连锁失稳的影响。结果表明:(1)矿柱群的连锁失稳从诱发矿柱开始,失稳矿柱的应力传递到相邻未失稳的矿柱上造成相邻矿柱失稳,由此引发连锁效应;(2)矿柱的储备安全系数与载荷传递量的相对关系是决定矿柱群是否发生连锁失稳的关键;(3)矿柱群大规模失稳与诱发位置有关,诱发矿柱位于采空区的中心位置更容易形成大规模失稳,而位于采空区的边界位置,由于边界矿柱约束支撑作用则不容易诱发大规模失稳;(4)顶板的刚度显著地影响矿柱群的连锁失稳过程,刚度小的软弱顶板条件下,载荷传递从诱发位置向空区边界依次传递,失稳过程具有显著的"多米诺骨牌效应",而刚度大的坚硬顶板条件下,载荷传递与矿柱失稳不再表现出显著的"多米诺骨牌效应"。本文的研究成果可供开展相关工作借鉴。     

四川德格城区斜坡变形机理与稳定性评价

结合四川省甘孜州德格县城区色曲河左岸城区不稳定斜坡治理的具体工程实例,通过野外地质勘查,查明了该地区斜坡地形地貌、地层岩性、岩土体结构特征和水文地质条件。在此基础上对该地区进行了边坡变形机理和破坏模式特征研究,以及斜坡稳定性评价分析。并根据上述研究成果,提出了德格县城区色曲河左岸城区不稳定斜坡的治理方案,此方案为相关部门进行地质灾害治理提供了决策支持依据。     

变形加固理论的力学基础与工程意义

变形加固理论是弹塑性结构稳定性理论,建立基于塑性余能的结构稳定性判据并确定阻止结构失稳的有效加固力。变形加固理论的核心是最小塑性余能原理：结构总是趋于塑性余能最小的变形状态,即自承载力最大、加固力最小的变形状态。完善最小塑性余能原理的证明,并提出弹塑性结构稳定状态的最小余能原理。阐明变形加固理论对有限元法的发展：揭示了不平衡力与修正Newton-Raphson算法的物理内涵。将变形加固理论与刚体极限平衡法对比,阐明其工程意义是对设计中采用的作用-抗力体系的发展,加固完整描述了作用与抗力之差。     

大规模压气储能洞室稳定性和洞周应变分析

地下储气构造物是压气储能(CAES)电站选址的决定因素,其中人工开挖的硬岩洞室因其受地质构造限制小、适应范围广而备受关注。针对压气储能地下洞室方案选型和密闭性要求,选择了典型的洞室埋深(200、300、500 m),考虑不同的洞室形式(隧道式和大罐式)和洞室尺寸,采用Abaqus有限元软件计算出高内气压下压气储能洞室围岩的塑性区和洞周应变。通过分析开挖后和充气后两个工况下围岩的受力和变形特征,获得合适的洞室形式。当围岩级别为Ⅱ级、内压为10 MPa的情况下,埋深为300 m的圆形洞室和大罐式洞室稳定性较好,该埋深下6 m直径圆形洞室最大洞周应变为7.55410??,容积为5 310 m大罐式洞室最大洞周应变为5.54410??,以上值都在一般橡胶类高分子密封材料的正常工作范围内,这为密封材料在不同温度下的延伸率和耐久性研究提供了基础数据。     

隔堤填筑路堤的稳定性及变形破坏模式分析

隔堤填筑路堤或沿原河堤加宽是高等级公路经常采用的改扩建方式,路堤填筑后对原河堤的稳定性将产生怎样的影响,路堤自身的稳定性及变形破坏具有何特征,是目前沿河公路扩建工程中亟需解决的问题。结合依托工程的现场勘察和室内外试验结果,建立有限元模型,对路堤填筑前后及不同水位渗流条件下原河堤及路堤的稳定性进行了模拟计算和分析。计算结果表明：路堤填筑有利于提高原河堤的稳定性,稳定安全系数可提高约26%;隔堤填筑的路堤受多因素共同作用,容易产生较大的差异沉降,且工后固结时间长、沉降量大,工后沉降达总沉降的35%左右;隔堤填筑的路堤一般仅在远离原河堤一侧边坡发生剪切失稳破坏,渗流对路堤稳定性的影响较小,且不会改变路堤的破坏模式。数值模拟计算可以在工程实施前揭示隔堤填筑路堤的稳定性及变形破坏模式,从而为后一步的工程对策设计提供依据和参考。     

基于弹性地基梁理论的土工格室加筋体变形分析

在土工格室处理软土路基加固机制研究的基础上,针对土工格室加筋体的受力变形特点,将格室体视为置放于Winkler地基上的连续长梁,基于传统的弹性地基梁理论,建立考虑水平摩阻力影响的土工格室加筋体的挠曲变形微分方程,并给出其幂级数解答,从而得到了土工格室加筋体在集中荷载作用下的变形计算方法,为土工格室加固处理后的软土路基沉降计算提供了依据。理论与试验结果对比分析表明,在格室体变形分析中不计水平摩阻力的影响将夸大格室体在荷载作用下的竖向变形,计入水平摩阻力影响后理论与实测曲线吻合更好。     

块体理论在LPG地下储库围岩稳定性分析中的应用

应用UNWEDGE软件结合青岛某LPG地下储库水幕廊道1K0+125～145段进行关键块体的搜索计算,得到4个可移动块体。其中,块体1位于廊道底部,为自稳块体;块体4、5分别位于廊道左右边墙,安全系数为1.945和3.385,基本满足自稳要求;块体8位于廊道顶部,体积和重量均较大,安全系数取为0,需采用特别支护和分析结果提出支护方案。从支护前后结果对比可以看出,块体安全系数提高幅度较大,块体8在锚杆支护和锚喷支护情况下安全系数分别为1.278和6.406,喷射混凝土对于提高块体安全系数作用明显,支护方案满足工程安全性要求。     

边坡电渗模型试验及能量分析法数值模拟

采用导电塑料制成的电动土工合成材料(EKG)进行了15.5 d的边坡电渗加固试验,测定了电渗之后土体等含水率分布曲线。试验结果表明,电渗加固效果是随时间从阳极到阴极逐渐扩展的,因此,越靠近阳极接入点的土体加固效果越好,越靠近阴极末端的土体加固效果越差。提出了电渗能量分析法,该方法仅要求黏性土体在排水固结开始的初始时刻是处于饱和状态,而在排水固结进行的过程中土体可以是饱和的,也可以是非饱和的。提出了基于能量分析法的电渗过程数值模拟方法,并对试验过程进行了数值模拟,模拟结果与实测结果能够较为吻合。     

压缩空气地质储能研究现状及工程案例分析

压缩空气地质储能可为大规模部署风能、太阳能等间歇性清洁能源提供灵活、高效的储能方案,从而促进能源结构转型,加快碳达峰、碳中和战略目标的实现.在介绍压缩空气地质储能概念与分类的基础上,从理论分析、技术方法、经济成本等方面总结了该领域的研究现状与发展趋势,详细叙述了利用盐腔、含水层、枯竭油气田作为储气库的典型储能工程案例及...