为研究应力路径对岩石真三轴变形宏细观特性的影响,利用离散单元法建立标定的颗粒流数值试件,选取加载平面为子午面、π平面和定轴面,对数值试件进行不同应力路径的加载试验,从宏细观角度分析岩石真三轴变形演化规律,并将数值模拟结果与D-P屈服准则进行对比,验证结果的正确性。研究结果表明:相同的应力增量条件下,沿对称加载面加载时,应变增量各向异性最小;沿π平面加载时,应力最快到达屈服面,产生最大的应变,所有应力路径加载过程中,定轴双向卸载产生的应变最大。利用应力空间和屈服面的相对成像、定义变形各向异性参数分析模型试样弹塑性变形特征。从细观层面对应力和应变增量路径的相关性进行定量分析,得出接触力链转化数和应变增量偏角呈负相关,沿π平面加载时,数值模型内部产生最多的微裂纹数目,内部损伤最明显,沿定轴面加载时,产生最少的微裂纹数目,内部损伤最小。

依托某小转弯半径盾构隧道工程,通过现场实测分析和数值模拟的方法,研究小转弯半径盾构隧道施工引起的地层变形特征及隧道埋深对地层变形的影响规律。研究结果表明:实测数据和模拟结果基本吻合;土仓压力不变时,隧道埋深越浅,地表变形越小;超挖使曲线内侧地表变形更大,同时造成沉降槽中心线向超挖侧发生偏移;曲线内外两侧地层水平变形特征与直线型隧道显著不同,曲线内侧地层受扰动更严重,应引起足够重视;隧道埋深对曲线内外两侧地层水平变形影响规律不同:隧道埋深越浅,曲线内侧地层水平变形越大,曲线外侧地层水平变形越小。

从地质的角度初步论证泰安已有盐穴改建盐穴储气库的可行性,结合泰安盐矿夹层多的特点,提出盐穴地下空间利用的新模式——沉渣空隙利用模式(泰安模式)。以泰安肥城精致盐厂东8-东9对井为例,从夹层的渗透率、孔隙度、扫描电镜结果,以及上覆保留盐层的厚度论证密封性;从沉渣充填的比例、周围断层的分布论证盐穴储气库的稳定性;从稳定性和密封性两方面分析已有溶腔改建盐穴储气库的可行性。基于调研的盐矿开采信息,初步分析短期潜在储气规模可达18.6亿m³,长期潜在储气规模达75亿m³。

为探究高水压环境下泥水平衡盾构隧道施工对地层响应的影响,通过建立三维流固耦合精细化有限元模型,系统分析不同上覆水深度和渗透系数下泥水盾构隧道连续开挖地层的稳定性,获得盾体就位、连续开挖、停机稳定等不同施工阶段水下盾构隧道开挖引起的渗流场和位移场的演化模式。研究结果表明:在上海等软土地区进行水下隧道施工时,可将40 m水头视作高低水压的分界阈值,水头低于和高于该阈值时渗流场及变形场呈现不同的演化特征,且在低渗透地层差异更加明显;渗流导致地层超孔隙水压力的变化,进而对地层变形产生较大影响,考虑渗流条件的开挖面最大变形约为不考虑渗流条件的1.4倍;高水压作用下地层的变形受渗流效应的影响,低水压条件下地层的变形受盾构掘进参数如注浆压力的控制。本研究可为水下盾构隧道工程的施工安全控制提供一定的参考依据。

针对双侧壁导坑法施工参数优化研究通常采用单因素分析存在一定片面性的问题,以重庆轨道交通9号线(地铁)一期工程五里店地铁车站隧道为研究背景,选取临时支撑半径、中岩墙厚度、开挖进尺3个施工参数作为影响因素,以拱顶最大竖向位移和边墙最大水平位移作为计算指标,应用FLAC^3D有限差分软件进行数值模拟分析。研究结果表明:通过多因素分析得出的施工参数最优组合为临时支撑半径23.0 m、中岩墙厚度9.0 m、开挖进尺0.75 m;以多因素分析结果为基础的回归法反分析得出的施工参数最优组合为临时支撑半径24.0 m、中岩墙厚度8.0 m、开挖进尺0.8 m;通过对比3组最优施工参数组合的拱顶最大竖向位移和边墙最大水平位移,得出以多因素分析结果为基础采用回归法反分析得到的施工参数更具优越性。

为提高岩体结构面信息获取精度,基于结构面三维点云数据,改进DBSCAN(density-based spatial clustering of applications with noise)密度聚类算法。利用k近邻算法与基于密度比S的评价准则划分出不同密度点云区域以自适应设置参数ε并分析点云法向量,引入法向量夹角阈值T判断属于同组结构面的点集并用相同颜色显示。本研究讨论了参数最优化组合对识别结果的影响,实现优势结构面与产状赤平投影的快速分析。研究结果能够为结构面信息的智能化高效测量提供一种可靠的应用方法。

嘉兴市域外配水工程(杭州方向)输水盾构隧道长距离下穿乔司编组站出发场11股道、杭州北车辆段17股道及道岔区和沪昆铁路上行线2股道,其地层和工程建筑环境复杂,对变形控制要求极高。本研究以此案例为背景,采用现场实测与有限元模拟相结合的方法,探讨了盾构下穿大型铁路枢纽过程中铁路变形规律及安全控制措施。结果表明:软土地层深埋隧道采用摩尔-库伦模型计算出的道床沉降与监测结果一致性较好,建议穿越道岔区隧道埋深不小于35 m;盾构下穿既有线道床顶面最大沉降与地层损失呈线性关系,建议穿越道岔区地层损失率不大于0.3%。

以地面出发超浅埋盾构隧道为研究背景,建立相似物理模型,研究地面出入式盾构隧道多工况的静力响应。基于相似比理论,控制分层土弹性模量与原型场地等效,并保证模型盾构隧道横断面刚度和纵向拼装刚度与原型等效,模拟原型超浅埋盾构隧道的受力状态。重点研究在静力作用和地面超载工况下模型的直径变形、接缝张开量和土压力响应,揭示在静力作用下地面出入式盾构隧道的静力响应特征,模拟隧道在运营工况下的结构响应。研究表明,随着埋深从-0.5D(隧道直径)增大至0.5D,隧道的直径变形由“竖鸭蛋”逐渐转变为“横鸭蛋”形式,在埋深为-0.1D时直径变形达到最大,纵缝张开量的总体趋势与直径变形呈现正相关性,结构水平向土压力可近似为三角形分布。

超大跨双曲面穹顶具有断面大、扁平率低、轮廓复杂等特点,为解决其施工效率低、施工风险高、施工机具不方便等问题,对超大跨双曲面穹顶洞库的施工技术进行研究。采用工程调查、数值计算与现场监测相结合的方法,介绍项目地质情况与设计概况,给出总体施工顺序与分部开挖方案,结合设计特点,总结相应关键技术,提出适用于超大跨双曲面穹顶洞库的快速施工技术。所研究快速施工技术应用于现场实现了洞库月挖方量9 600 m³;喷射混凝土平整度高,无渗漏水现象;经现场应力变形监测发现结构受力稳定,变形较小,支护效果良好,可为类似工程提供宝贵经验。

采用大型有限元分析软件MIDAS/GTS,对江西某地下油气储备工程地下储油罐单个罐室的开挖支护全过程进行数值模拟,重点分析罐室开挖完成后围岩位移场、应力场和塑性区分布特征,研究穹顶开挖预留中心岩柱对拱顶中心围岩竖向位移、拱脚围岩水平位移的影响。研究表明:围岩最大竖向位移发生在拱顶和底板,拱顶围岩最大下沉量达12.71 mm,底板围岩最大隆起达17.96 mm,最大水平位移发生在罐室侧墙,为1.99 mm,穹顶拱脚附近塑性区分布明显,总体围岩变形不大,位移场、应力场和塑性区特性基本都满足罐室稳定性要求;穹顶开挖预留中心岩柱在穹顶开挖支护过程中对围岩水平位移几乎无影响,对拱顶中心围岩下沉有一定的限制作用,但中心岩柱撤除后,拱顶中心围岩位移会突变至与无中心岩柱方案几乎一致,对罐室开挖支护完成后限制围岩整体竖向位移基本贡献不大;在围岩条件较好的情况下,穹顶开挖时可考虑挑顶整体开挖,无需预留中心岩柱,能节约施工成本,也能同时满足围岩稳定性要求。

为研究海水环境对于水泥-水玻璃浆液黏度的影响,采用室内试验方法,重点测试水泥-水玻璃(C-S)浆液不同水灰比、C-S体积比、浆液环境(淡水与海水)下浆液黏度的时变特性。结果表明,淡水环境下,C-S浆液黏度变化可划分为初始期与上升期;海水环境下,浆液的黏度变化分为初始期、稳定期与上升期三个阶段。水灰比与C-S体积比直接影响浆液各个阶段的持续时间与黏度;海水环境的复杂离子成分使得浆液黏度在短时间内上升到一定水平后进入黏度稳定期。基于试验结果提出对于海底隧道不良地质体注浆施工的指导建议,研究结论对于保障海底隧道安全建设具有一定的推动意义。

以济南黄河隧道深基坑工程为依托,结合三维数值模拟系统研究考虑渗流及未考虑渗流两种情况下粉质黏土地层超深基坑开挖变形规律,将数值模拟结果与现场实测数据作对比,最终掌握渗流对粉质黏土地层超深基坑开挖的危害模式。对于粉土、黏土这一类较软的土选用修正Mohr-Coulomb模型,对于砂土这类摩擦系数较高的土采用Mohr-Coulomb模型,对渗流作用下基坑开挖中主要的15个阶段进行模拟,分析考虑渗流及不考虑渗流两种情况下基坑开挖对地表沉降、地下连续墙水平位移及对基坑底部隆起的影响。研究发现:渗流对基坑变形具有较大影响,考虑渗流作用下的变形大于未考虑渗流时。现场施工时,如果不考虑渗流作用而进行深基坑设计,会造成极大的判断误差,使工程具有较大的安全隐患。