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MultiFracS被应用于特长隧道层状围岩变形破坏分析发表于EFA

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【最新论文】H Y, Yan C*, Jiao Y, et al. Analysis and countermeasures of asymmetric failure in layered surrounding rock tunnels based on FDEM: A case study. Engineering Failure Analysis, 2025(167):109049.

近年来,中国许多地区的深部隧道工程在穿越层状岩体时,常常面临严重的不对称性破坏问题。这种破坏的方向和程度难以预测,给后续的支护设计带来了极大挑战。本文利用有限-离散元软件MultiFracS研究了互助北山特长隧道中层状围岩体的不对称性破坏机制。首先,本文采用MultiFracS数值模拟,分析了隧道开挖过程中裂缝扩展、应力演变及不对称性破坏行为,并将仿真结果与现场观测进行了对比验证。然后,探讨了层厚、层理角、原位应力的侧压力系数以及岩石的力学性质对层状围岩体不对称性破坏的影响。仿真结果表明,层理角和原位应力的侧压力系数是导致层状围岩体不对称性破坏方向和程度难以预测的主要因素。基于对层状围岩体失效特性的分析,本文将不对称性破坏特征分为三种典型类型,为预测层状岩体开挖后的集中损伤区域和深度,以及优化隧道支护设计提供参考。

图1中国已建的层状围岩隧道[5-11]  

图2地质纵向剖面图  

图3 典型大变形灾害照片。(a)拱脚坍塌;(b)挤压侵限;(c)岩层倾角;(d)掌子面滑塌;(e)初支开裂和拱架弯曲;(f)大面积塌方  

图4层状围岩体的FDEM建模[2]。(a)横观各向同性体的弹性常数;(b)强度参数随节理单元与层理平面之间夹角的线性变化;(c)三角形网格拓扑结构

图5 裂纹扩展。(a)水平层状围岩体,(b)各向同性围岩体

图6 最大主应力的演化。(a)水平层状围岩体,(b)各向同性围岩体。

图7 延监测线的位移分布

图8 不同层理角下层状岩体的破坏特征(垫层平面用虚线表示)。(a)空心圆柱体实验[81],(b)Mont Terri原马蹄形隧道[81],(c)Opalinus粘土空心圆柱体实验[18]

图9 层厚对层状围岩体失稳破坏的影响  

图10 岩石的力学性质对层状围岩隧道失稳破坏的影响:(a)内聚力cmin;(b)内摩擦角φf;(c)抗拉强度ft,min

图11层厚对HDZ的影响:(a)t=0.54m;(b)t=2.0m;(c)t=4.0m。

 

图12侧压力系数对HDZ的影响:(a)λ=0.5;(b)λ=1.0;(c)λ=2.0。

 

图13 层理角对HDZ的影响:(aθ=0°;(bθ=45°;(cθ=90°。  

图14岩石的力学性质对HDZ的影响:(a)对照组;(b)cmin=4.4MPa;(c)φ=32°;(d)ft,min=1.0MPa。

 

图15 隧道K34+158段锚杆支护优化

来源:MultiFracS多物理场断裂分析软件
断裂化学芯片云计算离散元裂纹MultiFracS
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首次发布时间:2024-12-17
最近编辑:2月前
MultiFracS
MultiFracS多物理场断裂分析软件
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