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隧道斜交穿越地裂缝的模型试验研究 总被引：1，自引：0，他引：1
西安地区由北向南间隔分布有十多条近东西走向的地裂缝,建设中的多条地铁线路与地裂缝呈斜交状态。为了揭示地铁隧道斜交穿越地裂缝时受地裂缝活动而产生的力学性状变化,采用50:1几何相似比尺的物理模型试验仪,在合理模拟围岩地层、衬砌结构、应力条件、地裂缝与洞轴线交角及其错动位移基础上,开展了斜交地裂缝活动条件下隧道衬砌结构与围岩相互作用的物理模型试验研究,并与正交地裂缝活动下的测试结果进行了对比分析。表明斜交地裂缝活动对地铁隧道的影响范围更大,各变形缝均有明显的沉降差发展;邻近斜交地裂缝的衬砌结构易处于“悬臂梁”受力状态,衬砌结构不均匀沉降使其产生旋转位移,围岩土压力变化使衬砌结构内力产生显著变化;随着地裂缝错动位移的发展,上盘内拱顶和下盘拱顶、拱底出现围岩作用的加强,而上盘拱底出现围岩作用的松弛。与隧道正交穿越地裂缝的情况比较,斜交穿越地裂缝时围岩土压力和衬砌结构内力变化更大,易出现拉裂破坏。 相似文献
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西安地裂缝作为一种特殊的城市地质灾害,已经对基础设施造成很大的危害。长安路立交的破坏最为严重和典型,文章结合西安地裂缝的分布及活动特点,详细分析了地裂缝活动引起的长安路立交的破坏形式和特点。并对引起长安路立交破坏的原因做了进一步分析,得出了由于长安立交没有很好的排水措施导致地裂缝的异常活动从而引起桥梁破坏的结论。同时,文章还结合长安路立交的结构措施给出了在地裂缝带修建立交的结构措施建议。并最终得出了在地裂缝带修建城市立交等基础设施,应从采取措施减少地裂缝活动和采取合理的结构措施以适应地裂缝活动两方面进行综合考虑的结论。 相似文献
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以西安地铁工程为背景,设计了穿越地裂缝隧道——地层动力响应试验模型,开展了地铁振动作用下穿越地裂缝隧道——地层相互作用的动力模型试验,揭示了地裂缝活动及地铁列车振动时对位于地裂缝处地层的动力响应规律。试验结果表明:在地裂缝未活动时,隧道拱顶位置的加速度响应与拱底相比,其值相对较小,表明地铁列车振动引发拱底部的振动加速度,通过衬砌传递至上覆岩土体时,加速度发生了显著的衰减;当地裂缝上盘下降时,隧道拱底及拱顶测点产生的振动响应比地裂缝未活动时明显更为强烈。表明地裂缝的活动对隧道结构振动特性具有显著影响;受地铁列车运行位置变化和地裂缝上盘下降的双重影响,地裂缝两侧土体振动加速度幅值有明显的差异,这会对隧道结构的振动特性造成不利影响,在设计中应采取适当措施,防止造成隧道衬砌的局部损伤或破坏。 相似文献
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一些规模较大的地裂缝往往是在断裂构造的基础上先初步形成,然后在抽水作用下加剧活动,但是具体的作用机制是很复杂的.本文利用弱面破坏和滑移控制理论对先存断裂在抽水过程中的活化和加剧发展的机制进行了分析.结果表明由于先存断裂弱面的存在,岩土体中的应力场及变形破坏模式都发生了明显的变化,当抽取地下水时,水位下降引起的应力扰动,导致含断裂面的岩土体的平衡被破坏,使得上盘岩土体产生沿断裂面的滑移,从而加剧了地裂缝的活动.这一认识与以往认为地裂缝是差异固结沉降为主要控制因素的看法是有所区别的,进一步完善了抽水作用下地裂缝形成和发展的机理. 相似文献
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地裂缝活动对土体应力与变形影响的试验研究 总被引：4，自引：1，他引：3
通过进行西安典型地层环境下地裂缝活动的大型模型试验,研究了隐伏地裂缝活动引起附近土体应力与变形的规律。试验表明,地裂缝活动在上盘土体中产生负的附加应力,引起土体应力降低,而在下盘土体中产生正的附加应力,引起土体应力增强,且距离地裂缝越远由地裂缝活动引起的附加应力越小。地裂缝活动导致其两侧土体发生台阶状位移突变现象,随着地层由深至浅,土体变形范围明显增大,且影响区范围上盘大于下盘。地裂缝活动引起附近土体应力的分布在空间上大致分为4个区域即下盘原始应力区、应力增强区、应力降低区和上盘原始应力区,其中应力降低区范围约为应力增强区的1.5～2倍。同时,地裂缝附近土体沉降变形也可分为3个带,即下盘稳定带、差异沉降过渡带和上盘稳定带,其中上盘差异沉降带范围约为下盘沉降差异带的2倍。 相似文献
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西安地铁正交地裂缝隧道的模型试验研究 总被引：2，自引：1，他引：1
以西安地铁二号线穿越地裂缝的区间隧道为对象,通过几何相似比尺50:1的物理模型试验,开展了地裂缝活动条件下地铁隧道骑缝（变形缝与地裂缝一致）正交穿越地裂缝时衬砌结构与围岩相互作用机制的试验研究。结果表明,在地裂缝发生各级错动位移条件下,不同围岩应力场的围岩土压力、衬砌结构应力及其不均匀沉降位移变化规律相似;上下盘内的衬砌结构之间具有明显的错断位移,下盘内衬砌结构的沉降量越小,上盘内衬砌结构的沉降量越大,均呈渐变趋势;上盘内衬砌结构应力、围岩土压力随地裂缝错动位移的增加而减小,下盘衬砌结构应力和围岩土压力随地裂缝错动位移的增加而增大,围岩土压力和衬砌结构应力的增量峰值均发生在地裂缝附近。模型试验研究研究结果对于分析地裂缝活动区间地铁隧道工程的运营及维护具有重要的理论与实际意义。 相似文献
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由于场地条件限制,西安城市地下综合管廊建设需以不同角度穿越地裂缝,必将受到地裂缝活动作用的影响。建立地下综合管廊穿越活动地裂缝的三维有限元模型,模拟了地下综合管廊穿越地裂缝时,设置了5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm和30 cm 6种不同沉降量工况以及正交、斜角60°与斜角30° 3种穿越角度。研究结果表明,地下综合管廊的变形与轴向应力随地裂缝活动量的增加而不断增大,管廊的水平轴向位移、竖向位移以及轴向应力均集中在地裂缝两侧一定范围内,管廊上表面轴向应力峰值大于下表面。管廊与地裂缝交角越小,管廊的水平轴向位移越小,竖向位移的影响范围越大,管廊水平轴向应力越大,实际工程中应避免管廊不设缝小角度穿越活动性强的地裂缝。研究成果对土体与地下综合管廊之间的相互作用机理分析以及对防灾减灾工作有一定的参考价值。 相似文献
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论述了西安地裂缝的空间分布规律和活动特点,并对地裂缝给西安市市政基础设施特别是城市立交带来的灾害进行了系统分析。以长安路立交、互助路立交、绕城高速长安南路立交的现场调查资料为依据,分析了地裂缝对城市立交的破坏模式。认为其结构的主要破坏模式为水平张拉和垂直错动。另外对穿越地裂缝的城市立交的减灾措施以及对拟建工程进行地裂缝专项勘察和采取的结构措施等方面进行了探讨。 相似文献
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西安地裂缝活动现状及地铁隧道建设应对措施 总被引：1，自引：1，他引：0
汾渭盆地是国内地裂缝发育最强烈的地区。西安地处汾渭盆地,已经出露地表和隐伏的地裂缝共发现15条。在综合已有的认识基础上,深化了西安地裂缝成因的认识。通过西安地裂缝的活动现状及其发展趋势分析,针对西安各地裂缝的分布、活动状态和已有监测结果,给出了地裂缝带的最大地表宽度和地铁设防长度;针对地裂缝活动对衬砌结构的影响及破坏作用,从适应地裂缝变形、预防衬砌结构破坏和道床变形调控等方面,探讨了地基处理措施、结构加强措施、道床结构措施,阐述了西安地铁2号线通过地裂缝时地铁隧道建设的应对措施。目前,确立的“放”与“防”的设计指导思想是西安地铁隧道穿越地裂缝设计方案进一步完善和深入研究的基础 相似文献
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在冻融条件下岩石微裂隙中的水发生相变,体积膨胀,对微裂隙产生很大的冻胀力,当冻胀力超过岩石的抗拉强度时,微裂隙扩展。温度升高时,水又进入新的微裂隙,如此反复循环造成了岩石的损伤。据此,将岩石中的微裂隙等效为扁平状椭圆裂隙,基于断裂力学建立了单条微裂隙下裂隙扩展长度与冻胀力的关系,考虑岩石中微裂隙的分布,将岩石冻融条件下的应变分解为初始损伤应变、附加损伤应变和塑性应变,建立了弹塑性冻融损伤本构模型。最后,通过岩石冻融试验对该模型的合理性进行了验证,结果表明,该模型能够较好地模拟岩石在不同冻融次数下的应力-应变关系曲线。 相似文献
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深埋洞室岩体开挖过程中,围岩应变能的聚集和释放是洞室发生灾变破坏的重要诱因。针对圆形洞室开挖,分析和比较初始地应力准静态和动态两种不同卸载方式下围岩应变能的调整过程,基于能量角度判定了围岩损伤范围。研究表明：伴随地下洞室的开挖,岩体能量靠径向应力做功的方式在围岩中由远及近传递,并导致近区围岩应变能聚集;初始地应力动态卸载诱发围岩应变能先减小后增大,先对靠近开挖面的相邻岩体通过径向应力做功的方式释放自身的应变能,随着卸载应力波的继续向前传播,远离开挖面的相邻岩体又通过径向应力对其做功的方式促使其应变能聚集;相比初始地应力准静态卸载,动态卸载条件下高应变能聚集程度导致围岩损伤破坏范围更大。 相似文献
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HOU Zhenkun LI Xianwen ZHANG Yanming LIANG Huqing GUO Ying CHENG Hanlie GAO Ruchao 《《地质学报》英文版》2019,93(4):972-981
Shale, as a kind of brittle rock, often exhibits different nonlinear stress-strain behavior, failure and time-dependent behavior under different strain rates. To capture these features, this work conducted triaxial compression tests under axial strain rates ranging from 5×10?6 s?1 to 1×10?3 s?1. The results show that both elastic modulus and peak strength have a positive correlation relationship with strain rates. These strain rate-dependent mechanical behaviors of shale are originated from damage growth, which is described by a damage parameter. When axial strain is the same, the damage parameter is positively correlated with strain rate. When strain rate is the same, with an increase of axial strain, the damage parameter decreases firstly from an initial value (about 0.1 to 0.2), soon reaches its minimum (about 0.1), and then increases to an asymptotic value of 0.8. Based on the experimental results, taking yield stress as the cut-off point and considering damage variable evolution, a new measure of micro-mechanical strength is proposed. Based on the Lemaitre’s equivalent strain assumption and the new measure of micro-mechanical strength, a statistical strain-rate dependent damage constitutive model for shale that couples physically meaningful model parameters was established. Numerical back-calculations of these triaxial compression tests results demonstrate the ability of the model to reproduce the primary features of the strain rate dependent mechanical behavior of shale. 相似文献
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Timo Saksala 《国际地质力学数值与分析法杂志》2010,34(13):1362-1386
This paper presents a damage–viscoplastic cap model for rocks with brittle and ductile behavior under low‐velocity impact loading, which occurs, e.g. in percussive drilling. The model is based on a combination of the recent viscoplastic consistency model by Wang and the isotropic damage concept. This approach does not suffer from ill posedness—caused by strain softening—of the underlying boundary/initial‐value problem since viscoplasticity provides a regularization under dynamic loading by introducing an internal length scale. The model uses the Drucker–Prager (DP) yield function with the modified Rankine criterion as a tension cut‐off and a parabolic cap surface as a compression cut‐off. The parabolic cap is smoothly fitted to the DP cone. The strain softening law in compression is calibrated with the degradation index concept of Fang and Harrison. Thereby, the model is able to capture the brittle‐to‐ductile transition and hardening behavior of geomaterials under highly confined compression, which is the prevailing stress state under a bit‐button in percussive drilling. Rock strength heterogeneity is characterized statistically at the structural level using the Weibull distribution. An explicit time integrator is chosen for solving the FE‐discretized equations of motion. The contact constraints due to the impact of an indenter are imposed with the forward increment Lagrange multiplier method that is compatible with explicit time integrators. The model is tested at the material point level with various uniaxial and triaxial tests. At the structural level confined compression, uniaxial tension tests and a rock sample under low‐velocity impact are simulated. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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悬索桥隧道式锚碇的设计理念为锚碇夹持岩体协同承载,因而承载能力远超同体积的重力式锚碇。但因目前对围岩协同作用认识尚不充分,在当前隧道式锚碇设计中仍保守地忽略锚碇和岩体间的挤压效应。为弄清锚碇?岩体协同承载的机制,揭示隧道锚承载能力提高的本质,通过分析隧道式锚碇建设至成桥全过程受力,建立隧道锚的简化力学模型,并引用Mindlin应力解分析了荷载沿锚碇轴向的传递规律以及荷载产生的作用于锚碇?岩体间的挤压应力分布,最终给出了隧道式锚碇极限承载力的简化估算方法,并通过伍家岗大桥隧道锚工程实例分析了结果的合理性。所得结论主要有：锚碇?岩体界面力主要由锚碇自重和锚碇?岩体相互挤压产生;锚碇?岩体界面附加应力自后锚面向前锚面呈先增后减的变化趋势,在距后锚面约1/3L处达到应力峰值;以容许抗剪强度为破坏判据解得的伍家岗长江大桥隧道式锚碇的极限承载力为3 504 MN,约为16倍的设计荷载,与室内试验值基本吻合。 相似文献
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高速公路桥基岸坡稳定性计算分析 总被引：1，自引：0，他引：1
桥基岸坡的稳定性分析是跨谷桥梁设计计算中最为关键的问题之一。过去常把桥基岸坡简化成平面问题来分析,事实上桥基岸坡空间效应显著,简化成平面问题过于牵强。采用三维数值方法,结合有关传统理论和经验公式,对桥基加载前后的整体稳定性系数、桥基的合理位置、单桩的极限受力进行了综合分析,并据此指出应加固的部位和提出相应的加固措施。同时也跳出了以单一稳定性系数作为评价桥基岸坡是否稳定的圈子,通过合理考虑桥梁基础位置与基础受力等因素,提出了一种综合评价桥基岸坡稳定性的新方法。该方法可以根据坡体形式、地质条件、桩型、桩间距、桩长、荷载大小和施工阶段进行应力、变形和整体稳定性分析,分析结果可以指导加固部位和加固措施的确定。 相似文献
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苏通大桥主塔墩群桩基础是世界上规模最大的群桩基础,由131根长117 m的超长钻孔灌注桩组成。在这样的工程环境下工作的传感器不仅要承受巨大的压力作用,还受一些施工因素影响,极易损坏。为了提高传感器埋设的成活率,经过多次现场试验,提出了包括混凝土应变计、表面应变计、静力水准和水深传感器等多种传感器的保护技术。传感器保护技术的实施,使得传感器成活率得到保证,整个监测系统的平均成活率超过96%。并利用实测数据分析了超长桩的荷载传递和不均匀沉降规律,结果表明,超长钻孔灌注桩的荷载传递规律有别于一般的桩基础;大型群桩基础的不均匀沉降主要表现在横桥向,纵桥向的不均匀沉降可以忽略。 相似文献
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实际工程中,岩体的应力变化状态非常复杂,并不只是简单的加载或者卸荷,如水利工程中的大坝,当坝基开挖时其力学条件主要表现为开挖方向的卸荷(其他方向有可能卸荷,也有可能加载),而坝体修筑以后,力学条件又主要表现为加载。因此,对卸荷损伤后的岩体再次加载时的力学性质进行研究具有十分重要的工程意义。通过三轴卸荷及卸荷损伤后加载破坏试验,研究了不同围压下,含断续预制节理岩体经过不同程度卸荷损伤后再次加载时的力学特性。研究结果表明:围压对于含断续节理岩体变形模量影响不明显,岩体弹性模量与围压没有明显关系,相同围压下节理岩体弹性模量和变形模量均显著低于完整岩体:节理岩样峰值应变随着围压的增大线性增大,二者之间有较好的相关性,相比于完整岩样,节理岩体峰值应变随围压增大增长更快:围压越低,卸荷对岩体强度的影响越大,随着围压增加,卸荷量不同造成岩样的损伤差异逐渐减小。 相似文献
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逆断层地裂缝在黄土中破裂扩展的数值模拟 总被引：1，自引：0，他引：1
隐伏地裂缝在黄土中的扩展机理,其影响的范围、程度等问题,都是城市工作者所广泛关注和亟待解决的重要问题。为了研究黄土中逆断层地裂缝的扩展机理和扩展特征,参照正断层大型物理模型试验,利用数值模拟的方法,建立了三维数值分析模型,进行了黄土中逆断层的扩展机理研究。研究表明,隐伏逆断层地裂缝活动时,在地裂缝的上端,土体单元受到拉、压、剪的共同作用,裂缝很快被贯通,因而在其上端形成了破裂区,但向两侧的扩展有限;地裂缝的下盘在地裂缝活动时,受到的影响较小,即逆断层主要影响地裂缝的上盘,而对下盘影响甚微;同时,逆断层的影响范围和深度都明显小于正断层。由此可见,逆断层地裂缝活动特征明显区别于正断层,在黄土中的扩展有其独特之处。 相似文献