渗透-应力耦合作用下灰岩压缩破坏及声发射特性分析 被引量：12

1

作者 宋战平 程昀 +4 位作者 杨腾添 霍润科 王军保 刘新荣 周冠南 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期2751-2759,共9页

富水隧道围岩体挖掘过程中,复杂的渗透-应力耦合作用经常导致岩体内部结构演化具有不稳定性,进而诱发围岩体的劣化与失稳,这对地下渗流岩体稳定性的研究提出了更高的要求。为研究贵阳下麦西隧道进口区灰岩的宏观力学和声发射特性,利用... 富水隧道围岩体挖掘过程中,复杂的渗透-应力耦合作用经常导致岩体内部结构演化具有不稳定性,进而诱发围岩体的劣化与失稳,这对地下渗流岩体稳定性的研究提出了更高的要求。为研究贵阳下麦西隧道进口区灰岩的宏观力学和声发射特性,利用自主研发的渗透-应力耦合试验装置进行了不同渗透水压下的单轴压缩破坏、声发射和压汞试验,分析了灰岩的应力-应变、峰值强度、特征应力、破裂和声发射特性以及劣化机制等。研究结果表明:随渗透水压力增大,灰岩压密阶段延长而弹性阶段相对缩短,峰值应力为指数衰减;闭合应力和损伤应力均随渗透水压力增加呈线性减小,而随峰值应力增大而增加,表明溶蚀作用增加了灰岩损伤敏感程度;渗透水压力对灰岩破裂形式未造成较大影响,以劈裂破坏为主,且碎块均匀度与渗透水压力、峰值应力均为指数关系;不同渗透水压力下,灰岩声发射振铃计数大致经历了“平静-发展-突增-跌落”过程,水岩作用弱化了灰岩结构稳定性,导致应变能提前释放;渗透水对灰岩具有溶蚀和引裂作用,随渗透水压力增加,单位质量孔隙体积呈指数增加,起裂应力呈线性衰减。研究结果可为地下富水岩体的开挖的稳定性及减防灾分析提供理论基础。 展开更多

关键词 渗透-应力耦合 灰岩 压缩破坏 声发射特性

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加载速率影响下类硬岩声发射及破裂响应特征 被引量：9

2

作者 张泽坤 宋战平 +6 位作者 程昀 霍润科 宋婉雪 王奎胜 王彤 杨腾添 刘伟 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期115-124,共10页

为明确硬岩破坏失稳过程中的声学及破裂响应特征与加载速率相关性,对不同加载速率下类硬岩岩样进行单轴压缩试验及声发射测试,分析类硬岩力学参数特性、声发射现象及破裂响应特征,并基于声发射特征获得类硬岩破坏前兆预警信息。结果表明... 为明确硬岩破坏失稳过程中的声学及破裂响应特征与加载速率相关性,对不同加载速率下类硬岩岩样进行单轴压缩试验及声发射测试,分析类硬岩力学参数特性、声发射现象及破裂响应特征,并基于声发射特征获得类硬岩破坏前兆预警信息。结果表明:类硬岩的峰值强度、弹性模量和峰值应变具加速率效应;随着加载速率增大,力学参数总体呈指数函数增长,相对低加载速率下(0.10~0.15 kN/s)的增长速率较快而在相对高加载速率下(0.20~0.25 kN/s)的增长速率略有减缓;声发射参数演化呈阶段性增长趋势,最大增幅与加载速率呈正相关;随着加载速率增大,AE幅度和幅度密度逐渐增大,AE振铃计数由低值低频向高值高频转变,AE能量由孤震型向群震型转变;加载速率对破裂模式及破碎形态具有明显影响,随着加载速率增大岩样由剪切破坏逐渐向拉伸剪切复合破坏、拉伸破坏演变,破裂程度增大并逐渐表现出岩爆倾向;声发射b值随加载时间增大经历了先上升、后波动、最后下降的演化阶段,呈逐渐减小趋势;类硬岩的临界破坏前兆点(b值)为0.68,声发射前兆信息的预警时序由大到小为累计振铃计数、累计能量、b值,具有良好的时效性和可靠性。研究成果对揭示硬质围岩体力学特征和破坏前兆信息预警提供一定参考。 展开更多

关键词 类硬岩 加载速率 声发射特征 破裂响应特征 预警前兆信息

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软弱地层敞开式TBM超前注浆加固技术研究 被引量：9

3

作者 杨腾添 李恒 +1 位作者 周冠南 郭稳 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2021年第5期858-864,共7页

为实现敞开式TBM施工过程中隧道围岩的机械化超前加固,降低软弱破碎地层中的隧洞塌方和TBM卡机风险,在传统敞开式TBM的基础上,引入超前钻注一体化装备,并建立配套的TBM超前加固技术。同时,为明确敞开式TBM钻注一体机超前加固效果,以阿... 为实现敞开式TBM施工过程中隧道围岩的机械化超前加固,降低软弱破碎地层中的隧洞塌方和TBM卡机风险,在传统敞开式TBM的基础上,引入超前钻注一体化装备,并建立配套的TBM超前加固技术。同时,为明确敞开式TBM钻注一体机超前加固效果,以阿勒泰某引水隧洞为背景,采用midas对加固前后敞开式TBM在2个特征循环段中的盾顶压应力及围岩变形情况进行分析,并结合实测数据对比研究超前加固技术的可靠性。结果表明:1)采用超前加固措施效果明显,同一位置处的盾顶压应力降幅达10%~90%;2)实测钢护盾顶部压应力同加固后的数值计算结果变化趋势基本一致,数值差异量控制在20%内,计算结果可靠性较高;3)采用钻注一体机进行超前注浆加固,能够满足岩体加固的要求,可提高施工效率。 展开更多

关键词 引水隧洞 软弱地层 钻注一体机 敞开式TBM 注浆加固

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考虑渗透压力作用的岩石单轴压缩损伤模型构建及试验验证 被引量：3

4

作者 宋战平 王加辉 +3 位作者 潘红伟 杨棚涛 杨腾添 田松 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期78-87,共10页

在富水环境下隧道与地下工程建设中,因地下水渗透引起的围岩失稳导致施工安全事故频发的问题日益突出,建立考虑渗透水压力作用的岩石单轴压缩损伤本构模型对指导现场施工具有重要意义。为描述岩石在单轴压缩破坏过程中的应力−应变关系,... 在富水环境下隧道与地下工程建设中,因地下水渗透引起的围岩失稳导致施工安全事故频发的问题日益突出,建立考虑渗透水压力作用的岩石单轴压缩损伤本构模型对指导现场施工具有重要意义。为描述岩石在单轴压缩破坏过程中的应力−应变关系,在原有的岩石本构模型基础上,引入孔隙岩石变形模型、孔隙纵横比、自洽模型等概念和水化学损伤、Weibull统计损伤等理论,同时考虑渗透压力对岩石弹性模量的影响,确定岩石不同阶段的损伤模型,阐述岩石闭合应力和损伤阈值的确定方法,进而建立适用于不同渗透压力作用下的岩石单轴压缩全过程的本构方程。最后,将构建的本构模型得出的理论曲线与灰岩单轴压缩试验所得实际曲线和文献获得的理论曲线进行对比,该模型很好地体现了岩石压缩全过程的应力−应变曲线,充分证明了此模型的合理性与适用性。 展开更多

关键词 损伤阈值 岩石 本构模型 渗透压力 弹性模量

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循环荷载下硬质层理砂岩疲劳损伤机制试验研究

5

作者 宋战平 程昀 +2 位作者 杨腾添 杨鹏涛 潘红伟 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期490-499,共10页

列车动载扰动作用下隧道基底围岩的变形开裂蕴含着复杂的力学损伤问题。为探究循环荷载下硬质层理砂岩的疲劳损伤演化机制,对层理砂岩进行了疲劳力学试验及电镜扫描试验。结果表明:层理砂岩的宏观裂隙与动态应力-应变曲线存在时效对应关... 列车动载扰动作用下隧道基底围岩的变形开裂蕴含着复杂的力学损伤问题。为探究循环荷载下硬质层理砂岩的疲劳损伤演化机制,对层理砂岩进行了疲劳力学试验及电镜扫描试验。结果表明:层理砂岩的宏观裂隙与动态应力-应变曲线存在时效对应关系,层理效应越明显,滞回环跃迁越显著。层理砂岩力学参数具有明显的层理劣化效应。随层理倾角增大,峰值强度呈缓慢衰减—快速降低—急剧增大的趋势,疲劳寿命与峰值强度呈正相关。弹性模量呈急剧增大—缓慢增大—趋于平缓或降低的趋势,周期比分界点为28.57%和81.81%。砂岩破裂模式与层理效应密切相关,包括张拉破裂(Ⅰ型和Ⅱ型)、斜剪破裂及复合破裂;张拉破裂Ⅱ型具有压杆效应,破裂面粗糙度略小;斜剪破裂面粗糙度显著降低,压—剪作用导致复合破裂断面出现破碎带和光滑断口。循环加卸载效应导致层理砂岩的临界损伤呈非线性快速增大—近似线性增长—非线性急剧增大演变,Logistic反函数损伤模型可很好描述临界损伤规律,疲劳敏感性顺序依次为斜剪破裂型>复合破裂型>张拉破裂型。 展开更多

关键词 岩石力学 循环荷载 层理砂岩 疲劳损伤 破裂机制

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浅埋隧道穿越充填型溶洞预加固技术

6

作者 李恒 付军恩 +2 位作者 杨腾添 姚懿德 马治中 《铁路技术创新》 2024年第1期113-119,共7页

为实现对铜川隧道大型充填型溶洞的安全快速处治,针对掌子面帷幕注浆与地表注浆2种加固方案进行模拟分析,对比2种加固方案下支护结构变形、受力、结构安全系数及围岩塑性区变形。结果表明:地表注浆与帷幕注浆方案变形规律基本一致,变形... 为实现对铜川隧道大型充填型溶洞的安全快速处治,针对掌子面帷幕注浆与地表注浆2种加固方案进行模拟分析,对比2种加固方案下支护结构变形、受力、结构安全系数及围岩塑性区变形。结果表明:地表注浆与帷幕注浆方案变形规律基本一致,变形峰值差仅0.2 mm(0.46%),拱顶位移变形差仅为2.4 mm(8.4%);帷幕注浆方案协调了隧道周边围岩受力、变形特性,隧道净空收敛变形与塑性变形区小于地表注浆方案,净空变形差为5.3 mm(59.6%);帷幕注浆与地表注浆方案支护结构安全系数分别为5.1、5.5,2种加固方案均可保证隧道安全施工。同时,从工期、成本投入及施工组织等方面出发,综合对比2种预加固方案的优缺点,推荐采用地表注浆加固方案。 展开更多

关键词 西延高铁 山岭隧道 充填型溶洞 溶洞处治 数值模拟 结构安全系数

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孔隙水压对分级循环加载灰岩声发射Felicity效应的影响 被引量：1

7

作者 程昀 宋战平 +3 位作者 杨腾添 霍润科 王军保 李曙光 《应用基础与工程科学学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第2期361-373,共13页

利用渗透-应力耦合试验装置不同孔隙水压下的灰岩试样进行了单轴压缩和分级循环加载试验,探讨了孔隙水压对分级循环加载的灰岩强度特征和Felicity效应的影响,并基于Felicity比变化路径分析了灰岩变形特征.结果表明,孔隙水压对应力-应变... 利用渗透-应力耦合试验装置不同孔隙水压下的灰岩试样进行了单轴压缩和分级循环加载试验,探讨了孔隙水压对分级循环加载的灰岩强度特征和Felicity效应的影响,并基于Felicity比变化路径分析了灰岩变形特征.结果表明,孔隙水压对应力-应变曲线有显著影响,软化作用导致压密阶段延长而弹性阶段相对缩短,其峰值应力呈指数衰减.随孔隙水压增加,平均循环峰值应力和循环寿命均为指数衰减,疲劳破坏“门槛值”为峰值应力的67.50%~78.75%,疲劳曲线近似线性减小.每级循环加载声发射的“活跃-平静”期的阶段分界点为上限应力.随孔隙水压增大,Felicity比的变化路径明显缩短且随循环次数近似线性减小,其变化系数与孔隙水压为二次函数关系.Felicity比的稳定阶段预示着发生疲劳破坏,最小Felicity比随孔隙水压呈线性减小. 展开更多

关键词 灰岩 分级循环加载试验 孔隙水压 声发射特性 疲劳曲线 Felicity效应 损伤

原文传递

基于锁定工艺优化的TBM刀盘洞内固定技术研究 被引量：1

8

作者 杨腾添 郭稳 +2 位作者 周冠南 李恒 孙泽 《地下空间与工程学报》 CSCD 北大核心 2021年第S02期800-806,共7页

TBM施工过程中由于密封系统磨损、失效等原因,常需要将刀盘从主驱动上脱离,更换失效密封。为解决刀盘背后刮渣斗位置锚杆施工空间狭小的问题,提出了"四点锚杆锁定"、"四点支垫支撑"的刀盘固定模式,并运用于新疆某... TBM施工过程中由于密封系统磨损、失效等原因,常需要将刀盘从主驱动上脱离,更换失效密封。为解决刀盘背后刮渣斗位置锚杆施工空间狭小的问题,提出了"四点锚杆锁定"、"四点支垫支撑"的刀盘固定模式,并运用于新疆某引水隧洞敞开式TBM施工项目,结合该隧道所处的黑云母石英片岩地层的围岩力学特性与岩石结构特点,对锚杆锁固方式进行了优化,利用接驳器将锁固锚杆改造成方便装配的分离式结构,避免了打设锚杆前需整体割除刀盘接渣斗的工作,提高了固定锚杆的施工质量,节省了TBM刀盘洞内固定施工工期,降低了施工难度,可为类似工程提供参考。 展开更多

关键词 软弱地层 TBM施工 刀盘洞内固定 锚杆锁定工艺 接驳器

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隧道下穿新大力寺水库施工稳定性分析 被引量：10

9

作者 周冠南 付军恩 杨腾添 《铁道建筑技术》 2019年第3期14-18,共5页

针对水库水的渗流对浅埋暗挖隧道开挖及后期运营丝影响问题,采用数值模拟的方法,研究了在各种渗透系数条件以及隧道开挖与地下水渗流影响下的隧道稳定性。分析表明:水库水的渗透以及隧道开挖会对上覆土体的稳定性造成较大影响,甚至可能... 针对水库水的渗流对浅埋暗挖隧道开挖及后期运营丝影响问题,采用数值模拟的方法,研究了在各种渗透系数条件以及隧道开挖与地下水渗流影响下的隧道稳定性。分析表明:水库水的渗透以及隧道开挖会对上覆土体的稳定性造成较大影响,甚至可能会导致坍塌事故的发生。随着隧道的开挖,水库水开始发生渗流现象,并造成围岩塑性区快速发育,其中以拱顶位置塑性区范围最大;围岩渗透性越强,隧道顶拱和拱腰部位的渗透应力越小;随着渗透系数的增大,隧道的孔隙水压力、围岩位移、塑性区范围均出现较大的增长,并可能引起隧道的渗流失稳破坏。 展开更多

关键词 山岭隧道 下穿施工 数值模拟 爆破振动 水库水入渗

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应力卸载过程砂岩应力波传播及衰减特性试验研究 被引量：4

10

作者 程昀 宋战平 +2 位作者 金解放 王军保 杨腾添 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2020年第8期151-158,共8页

由于岩体开挖卸载和原岩应力重新分布的复杂性,围岩体通常处于复杂的应力卸载环境中。为研究应力卸载过程砂岩应力波的传播及衰减特性,设计了长径比L/D≈65的条形试件,利用动静组合加载装置进行了不同轴向卸载应力下的小扰动撞击试验,... 由于岩体开挖卸载和原岩应力重新分布的复杂性,围岩体通常处于复杂的应力卸载环境中。为研究应力卸载过程砂岩应力波的传播及衰减特性,设计了长径比L/D≈65的条形试件,利用动静组合加载装置进行了不同轴向卸载应力下的小扰动撞击试验,测得了不同测点处的砂岩应力波信号,研究了不同卸载应力对应力波波形、纵波波速值、波峰的时空衰减规律、波峰及波峰衰减速率等的影响,并建立了经验规律模型。研究表明:砂岩是否具有卸载应力对应力波波形具有显著影响;随应力卸载,纵波波速呈“近似线性+非线性”衰减,波峰及其衰减率均呈指数变化;随距离和时间增加,波峰均呈指数衰减,且不同应力卸载阶段波峰的时空衰减具有不同敏感性;研究结果对爆破开挖条件下深部工程岩体稳定性分析提供了重要的理论参考。 展开更多

关键词 应力波 波形 纵波波速 波峰 衰减特性

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渗透压力作用下灰岩单轴压缩变形特性研究 被引量：2

11

作者 宋战平 肖珂辉 杨腾添 《西安建筑科技大学学报（自然科学版）》 北大核心 2019年第5期649-653,703,共6页

为探究渗透压力对灰岩单轴压缩变形特性的影响,本研究采用自主研发的注水压力系统对标准灰岩试件在不同渗透压力条件下注水72 h,然后利用600 kN型微机控制电液伺服岩石刚性试验机对注水后的试件进行单轴压缩试验,记录岩石的变形特性,并... 为探究渗透压力对灰岩单轴压缩变形特性的影响,本研究采用自主研发的注水压力系统对标准灰岩试件在不同渗透压力条件下注水72 h,然后利用600 kN型微机控制电液伺服岩石刚性试验机对注水后的试件进行单轴压缩试验,记录岩石的变形特性,并利用声发射设备采集岩石加压过程中的AE特性.引入闭峰比和闭损比的概念以减小岩石初始裂缝对实验结果的影响,实验结果表明:在不同的渗透压力下,岩石的变形阶段明显不同;且随着渗透压力的增加,岩石的各项力学特性均有不同程度的下降. 展开更多

关键词 单轴压缩 渗透压力 变形特性 强度

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运营期隧道衬砌非对称式破坏成因分析及数值模拟研究

12

作者 杨腾添 《西安建筑科技大学学报（自然科学版）》 北大核心 2021年第4期525-533,共9页

宜万铁路广成山隧道K180+261~K180+306段边墙衬砌处发生纵向开裂、剥离,翘壳等灾害,隧道衬砌形成了典型的非对称式破坏模式.基于现场系统性的衬砌厚度、衬砌强度及衬砌侵限检测,并结合理论及数值模型分析了衬砌破坏模式及其孕育机制.研... 宜万铁路广成山隧道K180+261~K180+306段边墙衬砌处发生纵向开裂、剥离,翘壳等灾害,隧道衬砌形成了典型的非对称式破坏模式.基于现场系统性的衬砌厚度、衬砌强度及衬砌侵限检测,并结合理论及数值模型分析了衬砌破坏模式及其孕育机制.研究表明,隧道右边墙衬砌厚度不足、病害段衬砌强度偏低以及既有溶洞共同作用导致了病害的发生.临近既有溶洞侧与远离溶洞侧的围岩应力存在明显差异,靠近围岩溶洞侧出现明显的围岩应力集中现象,进而加剧了衬砌的变形破裂.相比二衬厚度不足,既有溶洞是影响隧道应力分布及衬砌剥落的主要因素.研究为类似隧道病害的整治提供理论依据. 展开更多

关键词 运营隧道 非对称破坏 衬砌剥落 溶洞 数值模拟

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