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巴东组泥岩大断面隧道开挖面大变形滑塌失稳机制与防治措施研究 被引量:1
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作者 吕敬康 阳军生 +3 位作者 郑响凑 汤宇 谢亦朋 梁雄 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1418-1432,共15页
隧道穿越富水软弱地层时易发生开挖面滑塌失稳破坏,为此,本文以郑万高铁巴东隧道为工程依托、以巴东组紫红泥岩为研究对象,开展系列室内试验,揭示泥岩遇水软化的力学特征。综合考虑围岩节理发育及施工扰动等因素的影响,基于Hoek-Brown... 隧道穿越富水软弱地层时易发生开挖面滑塌失稳破坏,为此,本文以郑万高铁巴东隧道为工程依托、以巴东组紫红泥岩为研究对象,开展系列室内试验,揭示泥岩遇水软化的力学特征。综合考虑围岩节理发育及施工扰动等因素的影响,基于Hoek-Brown强度准则将室内试验获取的完整岩体的强度参数转化为现场岩体参数,并采用两相单质点流固耦合物质点法(MPM)对隧道开挖面滑塌失稳大变形全过程进行模拟,并结合现场评价超前帷幕注浆预加固措施的有效性。研究结果表明:开挖面滑塌失稳过程可大致分为开挖面隆起变形、开挖面局部失稳及滑塌体加速运动、滑塌体稳定这3个主要阶段。随着开挖面前方滑塌体的加速运动,围岩的渗流场发生明显的变化,渗水形态呈“漏斗状”,水流向开挖面“缺口”汇集;滑塌体稳定后呈锥体状堆积,滑塌体坡脚与开挖面的距离约25 m,与现场滑塌体最终形态较吻合。采取超前帷幕注浆预加固措施后围岩稳定性较好,确保了隧道施工安全顺利推进。流固耦合物质点法可动态再现地下水渗流作用下软弱地层隧道滑塌失稳破坏全过程,可为类似工程研究提供参考。 展开更多
关键词 巴东组泥岩 大变形失稳 流固耦合物质点法 帷幕注浆
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水-岩软化作用下巴东组泥岩隧道大断面开挖掌子面稳定性研究
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作者 谢亦朋 梁雄 +2 位作者 阳军生 彭学军 刘德安 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第S01期274-285,共12页
为明确软弱围岩条件下高速铁路隧道大断面机械化施工过程中的掌子面稳定性特征,以郑万铁路巴东隧道穿越巴东组紫红泥岩段为工程背景,对隧道揭露的巴东组紫红泥岩开展不同含水率下的三轴试验,揭示巴东隧道紫红泥岩的水-岩软化特征;在考虑... 为明确软弱围岩条件下高速铁路隧道大断面机械化施工过程中的掌子面稳定性特征,以郑万铁路巴东隧道穿越巴东组紫红泥岩段为工程背景,对隧道揭露的巴东组紫红泥岩开展不同含水率下的三轴试验,揭示巴东隧道紫红泥岩的水-岩软化特征;在考虑水-岩软化特征的Hoek-Brown强度准则下,构建考虑水-岩软化作用的隧道穿越巴东紫红泥岩地层流-固耦合数值模型,揭示不同地层水位下巴东组紫红泥岩隧道大断面施工掌子面稳定性特征;最终提出“掌子面喷混凝土+掌子面超前锚杆+超前管棚”的组合式超前加固方案。经过试验和模拟计算,结果表明:1)随含水量的增加,巴东隧道紫红泥岩的刚度与抗剪强度显著降低,与既有研究揭示的浅表地层紫红泥岩相比,巴东隧道紫红泥岩具有更高的抗剪强度;2)掌子面后方拱顶沉降、掌子面前方拱顶预收敛、掌子面挤出变形的最大值均随历史水位的升高而增大;3)根据不同地层历史水位条件下开挖面支护力与挤出变形之间的关系,巴东隧道紫红泥岩掌子面稳定性可以分为A(稳定)、B(短期稳定)以及C(不稳定)3类,对于C类掌子面,采用“掌子面喷混凝土+掌子面超前锚杆+超前管棚”的组合式超前加固措施后,掌子面前后方各项变形最大值可以减小60%~90%。 展开更多
关键词 巴东组泥岩 水-岩作用 铁路隧道 大断面开挖 掌子面稳定性 超前加固
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郑万铁路巴东组泥岩力学试验研究
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作者 王国军 朱小兵 +2 位作者 刘保林 赵东平 季启航 《高速铁路技术》 2022年第6期92-96,共5页
为得到隧道围岩体的物理力学参数,本文开展了烘干状态与饱水状态下巴东组泥岩的单轴、三轴压缩试验,结果表明:(1)在单轴试验条件下,烘干状态巴东组泥岩单轴抗压强度为39·74 MPa,弹性模量为8·84 GPa,饱水状态单轴抗压强度为29&... 为得到隧道围岩体的物理力学参数,本文开展了烘干状态与饱水状态下巴东组泥岩的单轴、三轴压缩试验,结果表明:(1)在单轴试验条件下,烘干状态巴东组泥岩单轴抗压强度为39·74 MPa,弹性模量为8·84 GPa,饱水状态单轴抗压强度为29·41 MPa,弹性模量为7·23 GPa;(2)在三轴试验条件下,烘干状态巴东组泥岩的内摩擦角为53·91°,粘聚力为7·35 MPa,饱水状态内摩擦角为48·85°,粘聚力为6·61 MPa;(3)随着围压的增大,巴东组泥岩的弹性模量逐渐增大,水对巴东组泥岩弹性模量的削弱作用更为显著。根据现场掌子面揭示情况,利用RocLab程序将试验所得的岩样参数转化为了现场岩体的参数。 展开更多
关键词 岩石力学 力学试验 巴东组泥岩 水作用 岩体参数
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论巴东组泥岩楔形体变形的破坏性作用及防治参数建议
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作者 李业 杨宜军 梁晓艳 《资源环境与工程》 2018年第B11期127-129,142,共4页
通过对鄂西南某边坡地质背景条件、变形特征调查分析的基础上,总结出该边坡变形破坏模式为沿巴东组泥岩长大裂隙结构面控制的楔形体变形破坏,并结合室内试验、变形反演提出了防治工程力学参数建议值,以期对类似工程地质条件项目防治起... 通过对鄂西南某边坡地质背景条件、变形特征调查分析的基础上,总结出该边坡变形破坏模式为沿巴东组泥岩长大裂隙结构面控制的楔形体变形破坏,并结合室内试验、变形反演提出了防治工程力学参数建议值,以期对类似工程地质条件项目防治起到借鉴作用。 展开更多
关键词 巴东组泥岩 楔形体变形 破坏性作用
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巴东组泥岩非线性流变本构模型研究 被引量:7
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作者 王闫超 晏鄂川 +5 位作者 丛璐 张军 邱敏 孙志杰 张川川 张蕾 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第S02期3362-3373,共12页
巴东组泥岩是红层软岩的一种,是典型的易滑地层,因此研究巴东组泥岩的力学特性有着十分重要的意义。本文以巴东组泥岩为研究对象,开展室内瞬时力学试验和流变力学试验。根据巴东组泥岩瞬时三轴压缩试验结果确定流变试验应力加载等级,开... 巴东组泥岩是红层软岩的一种,是典型的易滑地层,因此研究巴东组泥岩的力学特性有着十分重要的意义。本文以巴东组泥岩为研究对象,开展室内瞬时力学试验和流变力学试验。根据巴东组泥岩瞬时三轴压缩试验结果确定流变试验应力加载等级,开展三轴压缩条件下巴东组泥岩流变力学试验,分析岩石的流变力学特性。通过比较屈服强度与流变长期强度,引入屈服应力阈值元件和长期强度阈值元件;研究破坏阶段的黏滞系数变化规律,采用幂函数描述破坏阶段的黏滞系数特征,引入具有应变阈值的非线性牛顿体元件。最终建立一个新的八元件非线性黏弹塑性流变本构模型。应用L-M算法对流变试验曲线进行辨识,得到各个加载等级水平下的流变模型参数。对比试验数据与模型拟合数据,两者吻合较好,表明本文建立的流变本构模型能够准确的描述岩石的3个典型流变阶段。最后分析了应变阈值元件参数和应变阈值对流变时长的约束作用。 展开更多
关键词 岩石力学 巴东组泥岩 流变试验 流变本构模型 参数敏感性分析
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巴东组紫红色泥岩三轴压缩试验及本构模型研究 被引量:8
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作者 张家铭 刘宇航 +1 位作者 罗昌宏 申思然 《工程地质学报》 CSCD 北大核心 2013年第1期138-142,共5页
采用MTS压力试验系统对巴东组紫红色泥岩进行了4个不同级别围压的三轴压缩试验和单轴试验。得到了巴东组紫红色泥岩在这5个围压下的全应力-应变曲线。根据试验结果,把全应力-应变曲线分为4个主要阶段,并分析了屈服强度、峰值强度、残余... 采用MTS压力试验系统对巴东组紫红色泥岩进行了4个不同级别围压的三轴压缩试验和单轴试验。得到了巴东组紫红色泥岩在这5个围压下的全应力-应变曲线。根据试验结果,把全应力-应变曲线分为4个主要阶段,并分析了屈服强度、峰值强度、残余强度随围压的变化规律,结果表明,它们与围压成线性增大关系,满足库伦-莫尔强度准则。同时,根据试验曲线,利用双线性-线性软化-残余理想塑性模型来模拟巴东组紫红色泥岩,并给出了每一段的本构方程,确定了相关参数,可供类似的工程参考。 展开更多
关键词 岩石力学 巴东组泥岩 三轴压缩试验 本构模型 四线性模型
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巴东组紫红色泥岩干湿循环强度弱化特性的试验研究 被引量:11
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作者 苗亮 韩松 +2 位作者 申培武 何成 申兴月 《安全与环境工程》 CAS 北大核心 2019年第6期85-93,共9页
三峡库区发育有大量三叠系巴东组第四段紫红色泥岩(T 2 b 4,简称为巴东组紫红色泥岩),受库水位升降的影响其强度易弱化而影响库岸边坡的稳定性,开展三峡库区巴东组紫红色泥岩强度弱化特性的研究可为相关工程地质条件的评价提供参考。首... 三峡库区发育有大量三叠系巴东组第四段紫红色泥岩(T 2 b 4,简称为巴东组紫红色泥岩),受库水位升降的影响其强度易弱化而影响库岸边坡的稳定性,开展三峡库区巴东组紫红色泥岩强度弱化特性的研究可为相关工程地质条件的评价提供参考。首先,依次开展了干湿循环试验和三轴压缩试验,分析巴东组紫红色泥岩的强度弱化特性,并通过CT扫描试验观察试样表面与内部的细观损伤特性;其次,基于CT扫描重构模型,开展了考虑试样内部初始损伤的三轴压缩条件下数值模拟试验;最后,基于岩石的变形特征,提出考虑岩石变开过程压密阶段的能量消耗的一种新的能量耗散模型。试验结果表明:0~10 kPa预应力下的干湿循环试验只对试样表面粗糙度有轻微的影响;干湿循环条件下,试样的峰值强度和残余强度与干湿循环次数呈负线性相关;基于CT扫描重构模型的试样三轴压缩数值模拟试验结果与室内三轴压缩试验结果具有较好的一致性,能体现试样内部的初始损伤特性,更符合实际;改进后的能量耗散模型适合于分析考虑岩石压密阶段的变形过程。 展开更多
关键词 巴东紫红色泥岩 强度弱化 能量耗散 干湿循环试验 CT扫描试验 三轴压缩试验 数值模拟试验
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