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高应力软岩隧道破裂碎胀米级大变形机理研究
被引量:
4
1
作者
邓鹏海
刘泉声
《中国公路学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第8期225-239,共15页
深埋高应力软弱围岩频繁遭遇米级剧烈大变形灾害,但却面临其大变形灾变机理和过程认识不清等问题。采用有限元-离散元耦合数值模拟方法(FDEM)研究了高应力软弱围岩的破裂碎胀大变形过程,并研究了地应力量值、侧压系数和隧道断面形状对...
深埋高应力软弱围岩频繁遭遇米级剧烈大变形灾害,但却面临其大变形灾变机理和过程认识不清等问题。采用有限元-离散元耦合数值模拟方法(FDEM)研究了高应力软弱围岩的破裂碎胀大变形过程,并研究了地应力量值、侧压系数和隧道断面形状对大变形灾变机制的影响。结果表明:(1)高应力软岩隧道大变形灾变力学机理为隧道开挖卸荷导致围岩产生破裂块体的碎胀性变形;(2)围岩大变形过程中的裂隙扩展过程、应力场和位移场结果表明,在静水压力状态下,围岩主要产生共轭剪切破坏,破裂的块体沿着主剪切带发生滑移并伴随着剪胀现象和翻转运动,使得块体间产生大量空隙,这些碎裂块体向隧道空间移动造成了隧道断面的急剧缩小,以致发生米级剧烈大变形灾害;(3)随着地应力量值的增加,围岩破裂程度和隧道表面最大位移迅速增大,后者呈现明显的非线性特征,而损伤破裂区半径增长较为平缓,当垂直地应力高达约58 MPa时,剧烈位移区内的岩体难以形成主剪切裂隙带,极为破碎的岩块呈整体向隧道内挤压态势,并产生大量空隙,造成隧道断面面积的急剧缩小;(4)在静水压力状态下,正方形隧道只对裂隙起裂、剧烈位移区形状和该区域内岩体位移模式产生影响,而在剧烈位移区范围外,围岩趋近于圆形隧道时的破裂机制。
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关键词
隧道工程
软岩大变形
有限元
-
离散
元
耦合
数值
方法
裂隙扩展过程
应力场
位移场
原文传递
孔洞形状对层状岩石力学特性影响的FDEM数值模拟研究
2
作者
刘平
刘泉声
+4 位作者
夏明锬
罗勇
陈梓韬
黄兴
伯音
《中南大学学报(自然科学版)》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第2期595-606,共12页
为揭示孔洞形状对层状岩石力学性质和破坏模式的影响,采用有限元-离散元耦合数值模拟方法(FDEM)开展系列数值模拟研究。首先,阐述FDEM模拟层状岩石的基本原理,然后,开展不同层理倾角完整试样的单轴压缩模拟,并与试验结果进行对比验证。...
为揭示孔洞形状对层状岩石力学性质和破坏模式的影响,采用有限元-离散元耦合数值模拟方法(FDEM)开展系列数值模拟研究。首先,阐述FDEM模拟层状岩石的基本原理,然后,开展不同层理倾角完整试样的单轴压缩模拟,并与试验结果进行对比验证。最后,对含有圆形、椭圆形、三角形、矩形和方形孔洞的层状岩石试样(β为0°、30°、45°、60°和90°)进行单轴压缩模拟研究。研究结果表明:对于不同孔洞形状的试样,抗压强度和试样破坏程度随层理倾角的增大呈V字型变化趋势,且均在层理倾角为0°时抗压强度取得最大值,在90°时破坏程度最为严重;孔洞的存在严重削弱了试样的力学性能,且削弱幅度与孔洞形状密切相关,其中方形和圆形孔洞对抗压强度的削弱能力最弱。将含不同形状孔洞试样的破坏模式随层理倾角的变化主要分为穿层理面拉剪混合破坏(β=0°)、沿层理面与穿层理面混合拉剪破坏(β=30°)、沿层理面剪切破坏(β=45°和60°)和沿层理面拉剪劈裂破坏(β=90°)。
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关键词
有限元
-
离散
元
耦合
数值
模拟
方法
层状岩石
孔洞形状
单轴压缩模拟
力学性质
下载PDF
职称材料
基于FDEM数值模拟的软岩隧洞大变形预测
被引量:
1
3
作者
刘军
邓鹏海
《西北水电》
2023年第1期28-35,共8页
软岩隧洞收敛变形量预测对隧洞施工方法、设备选型和支护设计具有重要意义。采用有限元-离散元耦合数值模拟方法(FDEM)对软岩隧洞掘进过程开展了模拟研究,并调研了地应力量值对隧洞收敛变形量的影响。结果表明:隧洞大变形机理为开挖卸...
软岩隧洞收敛变形量预测对隧洞施工方法、设备选型和支护设计具有重要意义。采用有限元-离散元耦合数值模拟方法(FDEM)对软岩隧洞掘进过程开展了模拟研究,并调研了地应力量值对隧洞收敛变形量的影响。结果表明:隧洞大变形机理为开挖卸荷引起径向应力降低、切向应力升高,升高的切向应力造成围岩发生共轭剪切破坏,并持续向深处完整围岩扩展,深部破裂块体对浅部碎裂岩块的接触挤压产生宏观空隙,造成体积增大,发生具有碎胀效应的挤压大变形;随着围岩强度应力比的降低,围岩收敛变形量呈指数函数增大,相关系数高达0.996,为软岩隧洞收敛变形量预测提供了经验公式。
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关键词
软岩隧洞
大变形预测
有限元
-
离散
元
耦合
数值
模拟
方法
碎胀效应
拟合公式
下载PDF
职称材料
题名
高应力软岩隧道破裂碎胀米级大变形机理研究
被引量:
4
1
作者
邓鹏海
刘泉声
机构
武汉大学土木建筑工程学院
出处
《中国公路学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第8期225-239,共15页
基金
国家自然科学基金项目(41941018,U21A20153)。
文摘
深埋高应力软弱围岩频繁遭遇米级剧烈大变形灾害,但却面临其大变形灾变机理和过程认识不清等问题。采用有限元-离散元耦合数值模拟方法(FDEM)研究了高应力软弱围岩的破裂碎胀大变形过程,并研究了地应力量值、侧压系数和隧道断面形状对大变形灾变机制的影响。结果表明:(1)高应力软岩隧道大变形灾变力学机理为隧道开挖卸荷导致围岩产生破裂块体的碎胀性变形;(2)围岩大变形过程中的裂隙扩展过程、应力场和位移场结果表明,在静水压力状态下,围岩主要产生共轭剪切破坏,破裂的块体沿着主剪切带发生滑移并伴随着剪胀现象和翻转运动,使得块体间产生大量空隙,这些碎裂块体向隧道空间移动造成了隧道断面的急剧缩小,以致发生米级剧烈大变形灾害;(3)随着地应力量值的增加,围岩破裂程度和隧道表面最大位移迅速增大,后者呈现明显的非线性特征,而损伤破裂区半径增长较为平缓,当垂直地应力高达约58 MPa时,剧烈位移区内的岩体难以形成主剪切裂隙带,极为破碎的岩块呈整体向隧道内挤压态势,并产生大量空隙,造成隧道断面面积的急剧缩小;(4)在静水压力状态下,正方形隧道只对裂隙起裂、剧烈位移区形状和该区域内岩体位移模式产生影响,而在剧烈位移区范围外,围岩趋近于圆形隧道时的破裂机制。
关键词
隧道工程
软岩大变形
有限元
-
离散
元
耦合
数值
方法
裂隙扩展过程
应力场
位移场
Keywords
tunnel engineering
large deformation of soft rock mass
FDEM
fracture development process
stress field
displacement field
分类号
U451.2 [建筑科学—桥梁与隧道工程]
原文传递
题名
孔洞形状对层状岩石力学特性影响的FDEM数值模拟研究
2
作者
刘平
刘泉声
夏明锬
罗勇
陈梓韬
黄兴
伯音
机构
武汉大学土木建筑工程学院
中铁十一局集团有限公司
中铁十一局集团第五工程有限公司
中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室
出处
《中南大学学报(自然科学版)》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第2期595-606,共12页
基金
国家自然科学基金资助项目(U21A20153)
湖北省重点研发计划项目(2021BCA133)
中铁十一局集团有限公司科技创新项目(22-AI-06)。
文摘
为揭示孔洞形状对层状岩石力学性质和破坏模式的影响,采用有限元-离散元耦合数值模拟方法(FDEM)开展系列数值模拟研究。首先,阐述FDEM模拟层状岩石的基本原理,然后,开展不同层理倾角完整试样的单轴压缩模拟,并与试验结果进行对比验证。最后,对含有圆形、椭圆形、三角形、矩形和方形孔洞的层状岩石试样(β为0°、30°、45°、60°和90°)进行单轴压缩模拟研究。研究结果表明:对于不同孔洞形状的试样,抗压强度和试样破坏程度随层理倾角的增大呈V字型变化趋势,且均在层理倾角为0°时抗压强度取得最大值,在90°时破坏程度最为严重;孔洞的存在严重削弱了试样的力学性能,且削弱幅度与孔洞形状密切相关,其中方形和圆形孔洞对抗压强度的削弱能力最弱。将含不同形状孔洞试样的破坏模式随层理倾角的变化主要分为穿层理面拉剪混合破坏(β=0°)、沿层理面与穿层理面混合拉剪破坏(β=30°)、沿层理面剪切破坏(β=45°和60°)和沿层理面拉剪劈裂破坏(β=90°)。
关键词
有限元
-
离散
元
耦合
数值
模拟
方法
层状岩石
孔洞形状
单轴压缩模拟
力学性质
Keywords
combined finite-discrete element method
layered rock
hole shapes
uniaxial compression simulation
mechanical behavior
分类号
TU458 [建筑科学—岩土工程]
下载PDF
职称材料
题名
基于FDEM数值模拟的软岩隧洞大变形预测
被引量:
1
3
作者
刘军
邓鹏海
机构
中国水利水电第三工程局有限公司
武汉大学土木建筑工程学院
出处
《西北水电》
2023年第1期28-35,共8页
基金
国家自然科学基金(42107171)。
文摘
软岩隧洞收敛变形量预测对隧洞施工方法、设备选型和支护设计具有重要意义。采用有限元-离散元耦合数值模拟方法(FDEM)对软岩隧洞掘进过程开展了模拟研究,并调研了地应力量值对隧洞收敛变形量的影响。结果表明:隧洞大变形机理为开挖卸荷引起径向应力降低、切向应力升高,升高的切向应力造成围岩发生共轭剪切破坏,并持续向深处完整围岩扩展,深部破裂块体对浅部碎裂岩块的接触挤压产生宏观空隙,造成体积增大,发生具有碎胀效应的挤压大变形;随着围岩强度应力比的降低,围岩收敛变形量呈指数函数增大,相关系数高达0.996,为软岩隧洞收敛变形量预测提供了经验公式。
关键词
软岩隧洞
大变形预测
有限元
-
离散
元
耦合
数值
模拟
方法
碎胀效应
拟合公式
Keywords
soft rock tunnel
large deformation prediction
the combined finite-discrete element coupling simulation method
fragmentation effect
fitting formula
分类号
U455.49 [建筑科学—桥梁与隧道工程]
下载PDF
职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
高应力软岩隧道破裂碎胀米级大变形机理研究
邓鹏海
刘泉声
《中国公路学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023
4
原文传递
2
孔洞形状对层状岩石力学特性影响的FDEM数值模拟研究
刘平
刘泉声
夏明锬
罗勇
陈梓韬
黄兴
伯音
《中南大学学报(自然科学版)》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
0
下载PDF
职称材料
3
基于FDEM数值模拟的软岩隧洞大变形预测
刘军
邓鹏海
《西北水电》
2023
1
下载PDF
职称材料
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