English Version 中南大学出版社

最新刊期

2023 年第 3 期

电脉冲循环冲击作用对花岗岩抗剪性能弱化研究
冯国瑞,朱林俊,郭军,王朋飞,高瑞,文晓泽,樊一江,钱瑞鹏,米鑫程
2023, 54(3): 785-796. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.001

摘要：为探究坚硬岩体在高压电脉冲循环冲击作用下的致裂效果，开展花岗岩高压电脉冲循环冲击后的直剪试验，研究冲击次数对抗剪强度和裂纹扩展的影响规律。研究结果表明：花岗岩试样内部损伤程度随冲击次数增加而逐步累积，5 kV电压条件下，前3次冲击作用在试样内部几乎无新裂纹产生，冲击4次后试样内部开始萌生微小裂纹，并最终扩展形成贯穿裂缝；冲击4，5和6次后，试样内部损伤面积占比依次增加至6.65%，66.72%和70.80%；抗剪强度随冲击次数增加不断弱化，与未受冲击试样相比，冲击6次后试样抗剪强度弱化71.59%，剪切过程中声发射振铃计数降低58.41%，累积能量降低82.85%；声发射(AE)累积能量呈现出明显的“平静期—缓慢增加期—急速增加期”阶段变化特征；当冲击无明显裂纹产生时，试样剪切载荷加载过程中平静期延长，缓慢增加期缩短；当产生明显裂纹后，平静期缩短，缓慢增加期延长；冲击后，试样均在急速增加期呈现出更活跃的声发射信号，可以将声发射信号的突变作为试样剪切破坏的前兆，声发射事件点空间演化分布呈现出“抗剪破坏所需外部能量更低且声发射信号提前”的特征。
关键词：电脉冲;循环冲击;抗剪强度;累计损伤;声发射

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发布时间：2023-04-12
添加细菌对充填材料性能的影响
陈威,尹升华,陈勋,王雷鸣,宋庆
2023, 54(3): 797-806. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.002

摘要：为研究细菌来源、细菌溶液体积分数以及黏结剂质量分数对充填材料性能的影响，采用正交设计实验方法，开展充填材料制备实验，考察实验过程中抗压强度、持水量、体积收缩率等参数的变化，分析细菌来源、细菌溶液体积分数以及黏结剂质量分数对充填材料性能的影响规律；对选定的黏结剂进行细菌接种实验，研究黏结剂对细菌群落的影响。研究结果表明：黏结剂对细菌群落无明显影响；各因素对充填材料性能的影响程度按由大到小顺序排列依次为黏结剂质量分数、细菌溶液体积分数和细菌来源；当细菌溶液体积分数为100%、黏结剂质量分数为30%、细菌来源为A时，充填材料的体积收缩率、塌落度以及抗压强度分别为4.09%，18.94 cm以及5.19 MPa，在此条件下，充填材料性能最佳；添加细菌溶液可使Fe²⁺快速转化为Fe³⁺，Fe³⁺浓度增大，促进Fe³⁺水解形成沉淀物质，减少充填材料内部裂纹数量，提高充填材料性能。
关键词：尾砂;细菌溶液;充填;抗压强度

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发布时间：2023-04-12
储能充填体相变前后传热性能及强度特征
金爱兵,李海,孙浩,陈帅军,巨有
2023, 54(3): 807-818. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.003

摘要：目前，深井高温问题越来越突出，在充填体中加入相变材料来降低地温是解决深井高温问题的新思路。采用石蜡和CaCl₂·6H₂O制备新型复合相变材料，通过差示量热扫描仪、扫描电子显微镜、电液伺服岩石压力试验机和数值模拟等手段，研究含石蜡-CaCl₂·6H₂O充填体的相变前后的抗压强度与传热性能。研究结果表明：石蜡与CaCl₂·6H₂O复合后不发生化学反应，石蜡-CaCl₂·6H₂O不溶于水最佳复合质量比为 3꞉2；石蜡-CaCl₂·6H₂O经济成本较低，在常用相变材料中经济排名靠前；加入石蜡-CaCl₂·6H₂O后充填体的抗压强度降低12.95%，石蜡-CaCl₂·6H₂O发生相变后，强度降低37.65%，但充填体的热量吸收能力提高79.60%；含石蜡-CaCl₂·6H₂O的充填体试样导热系数下降，在石蜡-CaCl₂·6H₂O相变阶段有温度响应滞后现象，温度等值线附近内部热流量方向在石蜡-CaCl₂·6H₂O未发生相变时指向石蜡-CaCl₂·6H₂O。新型石蜡-CaCl₂·6H₂O复合材料经济成本低，虽然加入充填体会降低充填体的抗压强度，但是能够大幅度提高充填体对热量的吸收。
关键词：相变材料;石蜡-CaCl₂·6H₂O;相变储能充填体;抗压测试;热传递;COMSOL

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发布时间：2023-04-12
“三深”复杂环境下岩石钻进与机械化开挖技术发展与展望
王少锋,吴毓萌,周子龙
2023, 54(3): 819-836. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.004

摘要：地下资源的大规模开采使得浅部资源逐渐减少，促使深地、深海、深空(“三深”)成为资源开采的新领地。本文阐述了“三深”复杂环境下岩石钻进和机械化开挖发展现状，并从高地应力、高地温、高渗透压、高水压、微重力、高真空等不同复杂环境参数分析岩石钻进及开挖过程的相关特征，分别提出几个具有代表性的挑战技术。针对深地、深海、深空的岩石钻进和开挖技术瓶颈以及面临的挑战，总结部分解决方案的同时对钻进和开挖技术领域的未来发展方向进行展望。研究结果表明：深空钻进和开挖技术还处于初步发展阶段，开挖技术目前还达不到深空资源开采的技术需求，但近年来以钻进为主的钻探作业得到了稳步发展，对于深空机械化开挖也提出了合理构思；钻进和开挖技术是“三深”资源开采技术的重要组成部分，为实现“三深”复杂环境下矿产资源的安全、高效、经济、绿色开发，岩石钻进和机械化开挖技术亟需向数字化、自动化、无人化、智能化方向发展。
关键词：深地;深海;深空;岩石钻进;机械化开挖

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发布时间：2023-04-12
秸秆纤维对含硫尾砂膏体充填体单轴抗压强度的影响机理
阮竹恩,吴爱祥,付豪,王少勇
2023, 54(3): 837-848. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.005

摘要：将水稻秸秆加工后添加到含硫尾砂中制备成膏体充填体，首先，分析秸秆纤维掺量和长度对含硫尾砂膏体充填体单轴抗压强度的影响规律；然后，通过XRD和SEM分析充填体的水化产物和微观结构，研究秸秆纤维的微观作用机理。研究结果表明：在尾砂含硫量为5%时，添加0.10%长度小于0.2 cm的秸秆纤维能够在保持膏体料浆良好的流动性下，改善含硫尾砂充填体的长期性能；与不添加秸秆纤维相比，150 d充填体单轴抗压强度可提高21.9%以上；添加秸秆纤维的含硫充填体能够在一定程度上抑制硫酸盐的生成，提高C-S-H的含量，降低C-S-H凝胶发生脱钙的概率；在秸秆纤维作用下，充填体能够形成更加稳定致密的骨架结构，充填体内部的黏结力也更大，能够有效延缓硫酸盐对充填体的硫化侵蚀，从而增大含硫尾砂充填体的单轴抗压强度。添加的秸秆纤维过量或者过长则会使秸秆纤维与充填体连接的部分孔隙过大，充填体内部黏结力减小，从而导致充填体在外力的作用下容易变形破坏，形成许多贯穿裂缝，造成含硫尾砂充填体长期强度减小。
关键词：膏体充填;含硫尾砂;秸秆纤维;单轴抗压强度;微观机理

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发布时间：2023-04-12
高应力隧道爆破研究现状与展望
陈璐,周子龙,高山,蔡鑫,王少锋,聂森林,曹洪涛
2023, 54(3): 849-865. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.006

摘要：在山区开展路网建设时，常需以隧道的方式穿越不同海拔的高山或丘陵，以致掌子面围岩处于不同的地应力条件。目前，我国山地隧道的掘进仍以钻爆法为主，而深部高应力隧道爆破开挖时，往往存在破岩效果差、炮眼利用率低、超欠挖严重、围岩损伤大等问题，严重影响深部隧道的安全高效施工。本文首先介绍我国深埋高地应力隧道工程的分布及建设情况，分析隧道爆破破岩机理，并从裂纹扩展、卸载扰动、爆破损伤及爆破振动等方面，探讨高应力岩体的爆破响应特征。随后，从掏槽爆破、轮廓光面爆破及爆破振动控制3个方面归纳我国高应力隧道爆破技术发展现状。最后，从爆破力学基础理论、爆破参数的动态调整、钻爆智能一体化、地应力的调整与利用及爆破灾害的评估与防治技术5个角度对高应力隧道爆破技术的发展进行展望。
关键词：高地应力;深部隧道;隧道开挖;爆破特征;爆破方法

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发布时间：2023-04-12
基于FDEM的围压条件下机械冲击破岩机理研究
刘洋,吴志军,储昭飞,翁磊,徐翔宇,周原,高波,毛春光
2023, 54(3): 866-879. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.007

摘要：矿产资源的开采越来越趋向深部发展，而深部围岩往往处于高应力状态下。岩石作为一种主要由矿物颗粒构成的非均质材料，其矿物颗粒间的细观力学性质会对机械冲击破岩行为造成极大的影响，因此有必要考虑围压和岩石细观力学性质对机械冲击破岩行为的影响。首先，采用有限元-离散元(FDEM)方法，在ABAQUS有限元模型全域内嵌入零厚度黏聚力单元，模拟深部高应力条件下的机械冲击破岩过程；然后，通过室内单轴压缩和巴西劈裂试验进行算法验证和参数标定；最后，建立相应的冲击破岩FDEM模型，并定量分析围压和细观力学参数(断裂能、细观强度、接触刚度比)对冲击破岩行为的影响规律。研究结果表明：在高围压下，岩石会出现岩爆现象，破岩效果明显提高；岩石的断裂能和细观强度增加均会导致破岩效果降低，其中断裂能越大，岩石产生岩爆现象的难度越高；降低细观强度会减小发生岩爆的围压；接触刚度比越大，冲击破岩过程越容易发生岩爆现象。
关键词：冲击破岩;FDEM;细观力学性质;围压

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发布时间：2023-04-12
矿压峰值点极限和无煤柱末采技术研究
乔建永,王志强,李廷照
2023, 54(3): 880-894. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.008

摘要：按照地下资源“连续开采”的技术思路，提出工作面推进方向的无煤柱末采技术中的关键科学问题。首先，在系统分析实体煤内部应力极限平衡模型的基础上，利用克希荷夫定律，推导弹性区支承应力分布表达式，建立新的复合力学模型；其次，运用复分析几何理论中的共形映照方法，阐述无煤柱连续开采条件下大巷“先加载—后卸载”力学特征，并建立共形数学模型，同时，基于黎曼映照定理和Schwarz-Christoffel定理，推导末采煤柱矿压载荷峰值点极限定理；最后，在大巷超前复合力学模型、共形数学模型的基础上，构建“末采无煤柱贯通巷道补强支护—防漏风—液压支架贯通大巷切顶—支架回撤”的新技术，并对比工作面超前支承压力影响范围和峰值点位置的现场实验测量结果与理论模型计算结果。研究结果表明：实测结果在理论计算结果区间内，证明复合力学模型有效，且采用新技术的末采巷道的现场位移满足无煤柱末采技术的工艺条件，也为无煤柱末采技术现场应用提供更完善的理论依据。
关键词：连续开采;煤柱;支承应力;共形映照;黎曼映照定理

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发布时间：2023-04-12
考虑锚固支护对层面剪切特性影响的隧道变形破坏特征
朱珍德,舒晓云,陈卫忠,宋广骞,田洪铭,田云
2023, 54(3): 895-907. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.009

摘要：本文基于对ABAQUS有限元软件切向接触模型的二次开发，研究层状软岩隧道在不同层面倾角条件下的稳定性变化规律，分析层面抗剪强度与锚固支护之间的关系，揭示锚固支护强度对层状软岩隧道围岩变形破坏的影响规律。研究结果表明：在层面抗剪强度较低时，围岩变形可分为基岩变形与层面剪切滑移变形；不同地应力条件下，基岩变形在层面倾角为45°时最小，且随层面倾角的变化呈“U”形分布；在地应力较小时，层面剪切滑移变形显著，围岩发生层面剪切滑移变形与基岩屈曲变形的复合破坏模式；锚固加固后，随着层面黏聚力增加，层面剪切滑移与基岩变形均呈指数减小，基岩塑性区分布由“纺锤形”逐步过渡为均匀分布，基岩的塑性破坏区显著减小；层状软岩隧道开挖后，垂直层面正应力分布沿层面可分为应力降低区与应力增强区，锚固支护可减小层面正应力的降低幅度，抑制基岩的屈曲变形。层状软岩隧道变形破坏本身具有明显的非对称性，锚固支护可协调层面与基岩之间的变形差异性，使围岩变形区域更均匀，有效提升围岩整体承载力。
关键词：锚固支护;层状软岩隧道;数值模拟;变形破坏

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发布时间：2023-04-12
冻融损伤砂岩的能量演化及分段本构模型
贾蓬,毛松泽,孙占阳,钱一锦,卢佳亮
2023, 54(3): 908-919. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.010

摘要：为研究冻融砂岩受载过程中的损伤劣化规律，首先，对冻融0，25，50，75和100次的砂岩进行单轴压缩试验，获得不同冻融循环后损伤砂岩的应力-应变关系以及破坏模式；其次，基于能量演化及能量分配规律，分析不同冻融次数砂岩的损伤特性；最后，提出利用耗散能变化规律确定应力-应变曲线分段压密点的方法，建立冻融砂岩的分段损伤本构模型。研究结果表明：砂岩的强度和弹性模量随冻融次数增加而降低，砂岩的破坏模式逐渐由剪切破坏为主向张剪复合破坏转变；破坏后的裂纹数量逐渐增多，破坏表现为由脆性逐渐向延性破坏过渡；峰值应力处的总能量、弹性能、耗散能均随冻融次数增加，表现出“减小—增加—减小”三段式变化规律；弹性能耗比(耗散能与弹性能的比值)的最小值 $K_{m i n}$ 是判断砂岩从稳定状态转向非稳定状态的重要标志，是冻融砂岩破裂前的预兆指标。基于冻融和受荷损伤因子，建立了考虑压密段的分段损伤本构模型，能够更合理地描述冻融损伤砂岩的变形破坏过程。
关键词：冻融循环;能量演化;损伤;破坏前兆;分段损伤本构模型

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发布时间：2023-04-12
水压作用下岩体裂隙压剪起裂准则
刘红岩,周月智,张光雄,薛雷,郑秀华
2023, 54(3): 920-929. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.011

摘要：为深入研究裂隙闭合与非闭合2种情况下裂隙水导致岩体压剪断裂机理，建立相应的压剪起裂准则。首先，研究初始地应力及裂隙水压作用下的非闭合裂隙尖端应力强度因子及起裂准则，并讨论压剪系数和水压对裂隙压剪起裂应力的影响；其次，研究闭合裂隙压剪破坏机理，并讨论裂隙尖端相对临界尺寸和裂隙面摩擦因数对临界水压(裂隙起裂时的水压)的影响；最后，采用室内试验及现场测试结果对上述两类准则的合理性进行验证。研究结果表明：非闭合裂隙尖端应力强度因子K_Ⅰ应为裂隙面上法向压应力引起的K_Ⅰ(N)及平行于裂隙面的横向压应力引起的K_Ⅰ(T)之和，且其起裂模式多为压剪起裂；基于周群力等提出的经验压剪断裂准则，提出相应的非闭合裂隙压剪起裂准则；随着压剪系数增加，起裂应力分别呈非线性增加；随着水压增加，起裂应力呈非线性减小。在水压作用下，闭合裂隙压剪起裂模式往往为拉伸起裂，且裂隙尖端的K_Ⅰ≡0，由此提出了考虑裂隙尖端T应力的修正最大周向应力准则；随着裂隙尖端相对临界尺寸增加，临界水压呈线性减小；随着裂隙面摩擦因数增加，临界水压呈非线性增加。
关键词：岩体;闭合裂隙;非闭合裂隙;压剪起裂准则;T应力;临界水压

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发布时间：2023-04-12
多中段联合开采围岩扰动效应及采矿进路支护技术
孟庆彬,王锐,韩立军,李兴权,陈轲,黄小忠,刘发平
2023, 54(3): 930-943. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.012

摘要：受多次开采扰动影响，多中段联合开采过程中采场围岩稳定性差，地压显现剧烈，采矿进路支护难。以白象山铁矿-470，-430和-390 m中段联合开采工程为研究背景，采用大型相似材料模型试验及采场围岩数字照相变形量测技术，揭示多中段联合开采采场围岩应力变化特征及上覆岩层移动规律。研究结果表明：各中段逐分层向上回采对上覆岩层产生了累积叠加扰动效应，导致采场围岩反复承受荷载(多次扰动)而失稳破坏；各分层矿体下沉量随开采步的推进呈先增大后减小的趋势，采空充填区中部位置附近覆岩的下沉量最大，采场围岩变形具有明显的阶段性增长特征。各中段保留矿体(顶柱)对维持采场围岩稳定、减弱相邻中段间的采矿扰动和降低上覆岩层的变形破坏有积极的作用，受多中段联合开采扰动影响较大、完整性破坏严重的中段保留矿体中的应力可突然释放，出现了局部或整体失稳，威胁采场围岩整体稳定性。确定多中段联合开采扰动条件下采矿进路切圆拱断面形式，其拱高为2.0 m，提出锚网索喷联合支护技术，有效控制采矿进路围岩变形与破坏。
关键词：多中段联合开采;相似材料模型试验;围岩应力;变形规律;锚网索喷联合支护技术

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发布时间：2023-04-12
冲击荷载作用下层状充填体动力学特性及破坏模式
李金鑫,孙伟,赵建光,张盛友,卢开放,程海勇
2023, 54(3): 944-955. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.013

摘要：为研究冲击荷载作用下层状充填体的动力学特性，本文采用分离式霍普金森压杆(SHPB)系统及LS-DYNA模拟软件，研究灰砂比、冲击速率和分层数对充填体动态弹性模量、静/动态峰值应力、动态强度增长因子及破坏模式的影响规律。研究结果表明：随分层数增加，充填体的动态弹性模量、静/动态峰值应力逐渐减小；随灰砂比增加，充填体的静/动态峰值应力逐渐增大；随冲击速率增大，充填体的动态弹性模量、动态峰值应力及动态强度增长因子逐渐增大；在冲击破碎过程中，完整充填体的破坏模式主要表现为剪切破坏，而层状充填体则于分层面处发生劈裂破坏；当冲击速率小于4 m/s时，未分层充填体沿试件表面发生轻微破碎，层状充填体则沿试件分层面处发生断裂；充填体内分层面的存在可降低充填体动态峰值应力。
关键词：层状充填体;冲击荷载;动力学;破坏模式;动态强度

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发布时间：2023-04-12
倾斜厚层坚硬顶板条件下沿空留巷稳定性控制
朱永建,任恒,王平,李鹏,王希之,魏明星
2023, 54(3): 956-966. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.014

摘要：针对倾斜厚层坚硬顶板条件下综采工作面沿空留巷技术难题，采用理论分析、数值模拟、现场监测等手段，揭示倾斜厚层坚硬顶板采场覆岩运移规律，分析预留巷道多次扰动影响下倾向及走向方向顶板垂直应力分布特征。根据切顶留巷围岩应力分布规律，将沿空巷道分为“原岩应力区、超前应力增高区、滞后应力增高区、滞后应力稳定区”4个区域，提出巷内围岩支护原则，并基于区域特征，设计分区支护留巷方案，并成功应用于柏林煤矿-2446(k26)沿空巷道。研究结果表明：优化岩块B长悬臂梁结构是留巷成功的关键，通过切顶卸压留巷技术手段，可减小巷旁支护体及实体煤帮压力，沿空巷道支护效果良好，证明倾斜厚层坚硬顶板切顶留巷关键技术是可行的。
关键词：顶板;预留巷道;垂直应力;切顶卸压;围岩控制

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发布时间：2023-04-12
泥质粉砂储层欠平衡水平井井壁稳定性演化规律
邱艺,马天寿,陈颖杰,杨赟,邓昌松
2023, 54(3): 967-983. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.015

摘要：以苏里格气田长7组泥质粉砂储层为对象，研究泥质粉砂储层欠平衡水平井井壁稳定演化规律。首先，开展泥质粉砂岩矿物组成、微观结构和力学性能实验，分析井壁失稳微观机理；其次，基于流固化多场耦合理论，考虑岩石吸水扩散引起的强度劣化特征，建立欠平衡水平井井壁稳定多场耦合有限元模型，并验证模型的正确性；最后，对比有限元模拟和电测井径，分析泥质粉砂储层欠平衡水平井井壁稳定演化规律。研究结果表明：考虑泥质水化模拟的井径与完井电测实际井径吻合程度高，证实了有限元模型的准确性；考虑泥质水化作用情况下，钻开地层50 h内，归一化屈服面积(A_N)迅速增大，随后增速逐渐变缓，钻开地层240 h后归一化屈服面积增幅达98.72%，主要是泥质水化后岩石强度劣化所致，但A_N<0.20能够满足欠平衡钻井井壁稳定的要求；随着时间推移，欠平衡与过平衡工况下的A_N之比由2.73降至2.20，近平衡与过平衡工况下的A_N之比由1.90降至1.50，说明井筒压力是影响井壁失稳的主导因素，但泥质水化作用的影响随着时间增加而增强；当钻井液溶质质量分数高于地层流体时，反射系数、化学膨胀系数、溶质传递系数和溶质质量分数越大，则A_N越低、井壁越稳定；而岩石吸水扩散系数和渗透率越大，则A_N越大、井壁越不稳定。
关键词：致密气;泥质粉砂岩;水平井;欠平衡钻井;井壁稳定;演化规律

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发布时间：2023-04-12
基于数值仿真的复杂岩体TBM掘进性能评估模型
赵高峰,姜宝元,芮福鑫,马洪素,李洁勇,赵晓豹,龚秋明
2023, 54(3): 984-997. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.016

摘要：为了评估全断面隧道掘进机(TBM)在复杂岩体环境中的掘进性能，本文提出了基于数值仿真的全断面TBM掘进预测模型。首先，采用4D-LSM和DDA耦合模型数值重现工程尺度完整岩体和节理岩体的TBM掘进测试过程，分析全断面TBM掘进过程中刀盘的力学响应和岩体的破坏特征；其次，研究节理间距、节理方向、岩体单轴抗压强度以及脆性指数对可钻性指数的影响；最后，引入单神经元对数值仿真预测模型进行修正，并与岩体特征模型进行对比分析，验证基于数值仿真的全断面TBM掘进性能预测模型的适用性。研究结果表明：TBM在低强度、高脆性以及节理发育的岩体中掘进效率更高，当节理面与TBM掘进方向之间的夹角为60°~75°时，最有利于TBM的运行。基于数值仿真的TBM掘进性能预测模型提供了一种经济、灵活的可用于评估复杂环境中TBM施工性能的方法。
关键词：全断面隧道掘进机;全尺寸TBM破岩模拟;掘进性能预测;耦合数值模型;离散弹簧模型;非连续变形分析方法

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发布时间：2023-04-12
大直径盾构浅覆土穿越扰动下的边坡变形规律
何君佐,奚晓广,廖少明,王瑞,孙九春
2023, 54(3): 998-1011. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.017

摘要：为了研究大直径盾构浅覆土穿越扰动下的边坡变形规律，本文以之江路输水管廊与道路提升工程为背景，首先，建立有限元数值模型并用地表沉降实测数据验证其可靠性；其次，通过数值计算与理论分析，揭示边坡受下方浅覆土大直径盾构开挖扰动产生变形的机理；最后，建立精细化模型，探讨不同因素对边坡变形的影响规律。研究结果表明：在非边坡区域，两线开挖后地表沉降呈对称的“W形”，而在边坡偏载作用下，地层沉降呈现出明显非对称性，北线隧道左侧坡底地层沉降远大于隧道右侧地表沉降；边坡挡土墙变形以下沉和向背土侧的平移及倾斜为主；在挡墙侧移及盾构开挖的联合作用下，坡顶沉降与一般盾构开挖导致地表沉降不同，整体分布呈三角形，沉降最大值出现在挡土墙附近；边坡变形与地层损失率及边坡高度呈正相关，与隧道埋深及相对水平距离呈负相关。
关键词：边坡;大直径盾构;地层变形;参数分析;数值模拟

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发布时间：2023-04-12
接头渗漏和土体渗透各向异性对盾构隧道渗流影响的数值模拟
张晓,周建,蒋熠诚,HORRISK N
2023, 54(3): 1012-1022. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.018

摘要：为了研究土体渗透各向异性对盾构隧道渗漏的影响，以上海地铁1号线为工程背景，首先，通过有限元数值软件，建立盾构隧道接头渗漏的计算模型；其次，将计算结果与解析解对比，验证数值模型的可靠性；再次，探究不同渗漏位置以及土体渗透各向异性比下，地下水渗入隧道对地表沉降以及隧道位移的影响；最后，提出不同渗漏位置下土体的临界渗透各向异性比。研究结果表明：对于修建于饱和软土地区的盾构隧道，土体渗透各向异性对地表以及隧道的影响与渗漏位置密切相关，隧道全部接头渗漏、仅上部接头渗漏、仅中部接头渗漏和仅底部接头渗漏等工况下，临界渗透各向异性比分别为1.6，1.1，1.3和1.4。当土体渗透各向异性比超过临界值时，需要考虑渗透各向异性的影响。当隧道全部接头渗漏时，忽略渗透各向异性会高估隧道以及地表的沉降，低估地表沉降槽的范围；当仅有一个接头渗漏时，忽略渗透各向异性会低估隧道的沉降、偏移、地表沉降以及地表沉降槽的范围。
关键词：渗透各向异性;盾构隧道;接头渗漏;有限元

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发布时间：2023-04-12
岩石地层中顶管顶力计算方法研究
赵文彬,阮仁酉,严克伍,申永江
2023, 54(3): 1023-1032. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.019

摘要：顶管施工常见于市政地下管线建设工程，相应的顶力计算模型已经发展成熟并成功运用于实际工程，然而，目前国内外对岩石地层中的顶力计算研究较少，为此，针对福建平潭引水工程中某曲线顶管穿越硬质岩层，考虑掘进后隧洞的稳定性，分别从管岩接触与管浆接触这2种接触方式计算管侧摩阻力，同时采用Hertz与Persson这2种弹性接触理论推导施工状态下钢管与岩层之间的接触角度。此外，考虑管节中轴线以下与沉渣带发生局部接触，在顶进过程中沉渣带分布沿管线呈概率分布，提出一种适用于此类接触条件下的顶力计算模型。研究结果表明：在理想状态下，钢管在顶进过程中与周围岩层之间接触角度在0.57°~1.15°范围内，可认为管岩之间处于点或线接触状态；与沉渣带接触时，当沉渣带分布沿管线占比为0.5~1.0时，实测顶力曲线基本被包络在管渣接触曲线的上下限之间，证明所提出顶力计算模型是有效的，可为相关工程研究提供参考。
关键词：岩层;钢管;弹性接触;沉渣带;顶力

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发布时间：2023-04-12
考虑土体强度非线性的富水盾构隧道开挖面三维稳定性研究
钟军豪,龚琛杰,熊俊杰,廖宏,廖丽莎,张维,昌萍
2023, 54(3): 1033-1043. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.020

摘要：为了计算高水压条件下开挖面有效支护力，评估盾构掘进的安全性，在极限分析上限理论框架下，构建开挖面三维曲线圆锥主动破坏机构。首先，采用切线法将非线性强度准则线性化，并引入经验水头公式描述开挖面附近水头分布；其次，提出一种水平分层积分法来计算渗透力功率，建立考虑渗流效应的功率平衡方程；第三，求解盾构土仓内有效应力目标函数，采用序列二次优化算法优化目标函数，求得支护力的最优上限解；最后，通过对比，验证本文计算结果的合理性和正确性，分析非线性系数和水位高度对有效支护力的影响。研究结果表明：在渗流条件下，非线性系数和单轴抗拉强度对开挖面稳定性的影响不利，增大初始黏聚力有利于开挖面的稳定，水头差对支护力具有显著的影响。
关键词：盾构隧道;开挖面稳定;渗流条件;上限分析;非线性准则

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发布时间：2023-04-12
软土基坑分步开挖卸荷时效及其对邻侧隧道影响
李航,廖少明,何君佐,杜一鸣,王元东,白乔木
2023, 54(3): 1044-1053. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.021

摘要：为研究软土地层中基坑开挖卸荷时效及其对邻侧隧道影响，设计并实施了相似比为1꞉20的物理模型试验，得到了基坑围护结构变形、地表沉降、坑底隆起、隧道竖向变形、隧道水平变形以及隧道断面收敛变形等数据。研究结果表明：基坑开挖引起的围护结构最大侧向变形为0.61%H(H为基坑深度)，大于上海软土地区地铁车站基坑围护结构最大值的上限0.50%H；分步开挖过程中的墙体侧向变形和地表沉降具有明显的时间效应，卸荷时效对基坑变形的影响随开挖深度增加而增强；基坑开挖引起隧道变形以朝向坑内的水平变形为主，同时伴随少量朝上的竖向变形；隧道侧向变形与相同深度处围护结构侧向变形大致呈线性关系，据此可预估后续开挖引起的隧道侧向变形；基坑开挖引起邻近隧道产生径向收敛变形，隧道断面呈“横向伸长、竖向压缩”的特点，横向收敛约为竖向收敛变形的1.7倍；当隧道与基坑开挖面的竖向净距在0.2H~0.5H时，基坑开挖卸荷引起的隧道变形响应十分敏感，隧道竖向变形随坑底隆起增加而显著增加。
关键词：相似模型试验;基坑;隧道;软土;分步卸荷时效

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发布时间：2023-04-12
充填散体材料侧限压缩试验径径比的确定方法
勒治华,于庆磊,蒲江涌
2023, 54(3): 1054-1061. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.022

摘要：为了使矿山散体材料压缩承载试验结果具有科学性和代表性，确定其侧限压缩试验中合理的径径比D/d(试验钢筒内径D与试验散体最大颗粒粒径d的比值)是保证试验数据可靠性的关键。首先，基于7组不同径径比条件下河卵石颗粒堆积体的侧限压缩试验，探讨河卵石颗粒堆积体的压缩应力-应变曲线非线性行为、堆积体内部结构自组织过程中声发射(AE)振铃计数和侧压系数与径径比的关系；然后，根据散体材料在外载荷作用下所具有的压缩曲线非线性、内部结构自组织行为和侧压系数变化特性，找出颗粒堆积体侧限压缩试验结果同时满足散体材料这三大特征时的合理径径比。研究结果表明：当 $D / d \geq 7$ 时，河卵石颗粒堆积体同时满足散体材料上述三大物理力学特征，即该径径比为河卵石散体侧限压缩试验的合理径径比。
关键词：散体材料;侧限压缩;非线性压缩曲线;自组织行为;侧压系数;径径比

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发布时间：2023-04-12
冲击荷载作用下软硬互层类岩石力学特性
康玉梅,谷今,魏梦琦
2023, 54(3): 1062-1073. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.023

摘要：基于三峡库区砂泥岩互层岩体的实测数据，采用相似材料以分层浇筑的方法制作软硬互层类岩石试样，利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统，探究不同冲击速度下，不同厚度比和岩层组合方式岩样的应力波传播特性、力学性能、能量耗散特征及分形特征。研究结果表明：受波阻抗匹配效果影响，透射波率随着硬岩体积占比增大而增大；透射波率越大的岩样，其破碎时的耗散能密度越大；随着冲击速度增大，各岩样透射波率先增大后减小，动态抗压强度呈近线性增长的规律，其破坏程度逐渐加剧；在冲击荷载作用下，强度较大的类砂岩在层间面力作用下易产生沿加载方向的张拉破坏，而强度较小的类泥岩易产生与沿加载方向呈一定倾角的剪切破坏；互层岩石软岩体积占比越大，其碎块分形维数随耗散能密度增加而增加的趋势越缓。对于互层岩体的破岩施工，应选在软岩体积占比多、硬岩在外表层且交界面数量少的位置，并根据软硬岩占比情况，应该选择合适的炸药量或掘进速度，以达到更好的破岩效果。
关键词：软硬互层类岩石;SHPB试验系统;透射波率;耗散能密度;分形特征

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发布时间：2023-04-12
双轴压缩下缓倾层状砂岩力学特性及损伤本构模型研究
李地元,周奥辉,王立川,张鹏飞
2023, 54(3): 1074-1086. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.024

摘要：为揭示缓倾层状岩石在双轴应力状态下的力学特征与损伤演化规律，开展15°倾角以内层状砂岩的双轴压缩试验。为准确描述层状岩石的损伤演化过程，采用等效应变原理，结合横观各向同性岩石的弹性本构关系和统计损伤力学理论，建立双轴应力作用下层状岩石的统计损伤本构模型，并对试样压密段进行修正。分别采用解析法和拟合法对统计损伤模型进行求解验证。研究结果表明：缓倾层状砂岩在双轴应力作用下，其峰值强度和弹性模量均随层理倾角的增大而减小，随侧压的增大而增大；试样在破坏时均表现出劈裂和剪切复合型破坏的形态，随着层理倾角增加，试样破坏的主控因素逐渐由穿切层面的剪切裂纹转变为沿层面的剪切裂纹，随着侧压增大，试样破坏时产生的宏观裂纹逐渐增多，试样被这些裂纹切割成块，甚至出现板裂状剥落破坏；在压密段采用拟合法、弹性段和峰值后区采用解析法所得到的模型曲线与试验曲线吻合很好，所建立的损伤本构方程可以较好地反映缓倾层状岩石在双轴压缩下的损伤效应。
关键词：缓倾层状砂岩;双轴压缩试验;破坏模式;统计损伤本构;横观各向同性

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发布时间：2023-04-12
动力扰动和高温联合作用下砂岩力学特性及破坏特征
任松,李凯鑫,张平
2023, 54(3): 1087-1097. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.025

摘要：为分析不同动力扰动和温度条件下砂岩的力学特性和破坏特征，开展了单轴压缩试验和声发射试验。首先，对中粒径砂岩试件进行不同温度的加热；其次，进行单轴压缩并全过程监测声发射信号；最后，结合峰值应变、单轴抗压强度等数据，分析砂岩的力学特性及破坏特征。研究结果表明：循环扰动和温度作用对岩石强度影响极大，无循环扰动的试件抗压强度随温度升高而先上升后下降，其余试件抗压强度与两者呈负相关，且受温度影响更为显著；砂岩峰值应变随着温度升高呈先降低后上升的趋势，200 ℃为该类砂岩的拐点，砂岩峰值应变与循环扰动幅度呈正相关，有加速上升趋势，且对温度变化更敏感；试件临近破坏时，内部裂纹发展情况存在突变，R_A(上升时间与幅值之比)和F_A(平均频率)的分布明显变化。F_A/R_A>K的声发射信号急剧减少、F_A/R_A<K的声发射信号陡然增多，新产生的裂纹中剪切裂纹占比很大，这种F_A/R_A的波动与实际物理过程一致且更提前，可作为岩石破坏先兆；随着循环幅度和温度增大，试件内部新产生裂纹的主要形式由张拉裂纹向剪切裂纹逐渐转变，试件的宏观破坏形式也由脆性破坏向延性破坏逐渐转变。
关键词：动力扰动;高温;砂岩;声发射;破坏模式

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发布时间：2023-04-12
刃型参数对滚刀破岩影响的线性切割试验
龚秋明,吴帆,马帅,郑彦龙,殷丽君
2023, 54(3): 1098-1108. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.026

摘要：采用北京工业大学自主研制的机械破岩试验平台，分别应用V刃、平刃和圆刃滚刀对重庆青砂岩进行线性切割破岩试验。基于破岩现象和试验数据，从滚刀力、刀刃应力、比能和岩渣等方面研究刃型参数对滚刀破岩机理和效率的影响，并讨论不同刃型滚刀的适用性。研究结果表明：刃型参数会影响岩石内部裂纹扩展模式，改变滚刀破岩机理。圆刃滚刀的破岩曲线呈线性增长趋势，刀尖接触应力较高，滚刀力较小，刀刃下方径向裂纹扩展充分，岩片多为“两侧薄、中间厚”，滚刀更容易侵入岩石，但滚刀的受力状态不好；平刃滚刀的破岩曲线呈幂函数增长趋势，刀尖接触应力小，岩石损失范围更小，破岩裂纹平直扩展并产生扁平状岩片，破岩相对较难，但刀具受力状态较好；V刃滚刀破岩性能介于圆刃与平刃滚刀之间。无论何种刃型的滚刀，随着贯入度增加，岩石内部裂纹扩展范围加大，刀刃接触应力呈降低趋势。对于重庆青砂岩而言，圆刃滚刀比能最低，破岩效率最优。
关键词：滚刀刃型;线性切割试验;破岩效率;刀刃应力;岩渣参数

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发布时间：2023-04-12
浅埋隧道开挖扰动下含空洞地层位移响应解析
孙凡文,张顶立,方黄城
2023, 54(3): 1109-1120. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.027

摘要：针对非圆形地层空洞问题，提出一种全新的基于几何边界拆分的子域分解方法。该方法将含空洞的浅埋隧道多连通区域以几何边界为单位分解成1个半无限域与若干个含孔洞的无限域，并结合Schwarz交替法建立适用于含非圆形空洞地层位移响应分析的一般性解析方法。通过与数值模拟的计算结果相对比，验证本文方法的精确性。最后，利用本文方法对含非圆形空洞地层的地表变形响应进行系统性参数分析。研究结果表明：1) 非圆形空洞对地表沉降的影响较圆形空洞更为显著，其主要因素来源于空洞的高跨比而非空洞形状本身，随着空洞高跨比的减小，空洞对地层沉降影响愈加明显。2) 在不同空洞姿态的工况中，椭圆形空洞长轴处于水平状态时对地表沉降的影响最为显著；3) 空洞与隧道之间的距离大于4倍洞径时，对地层沉降造成的影响可以忽略不计。
关键词：浅埋隧道;非圆形孔洞;子域分解法;复变函数理论;Schwarz交替法

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发布时间：2023-04-12
破裂过程模拟的可变形圆化多边形离散单元法
徐洋,赵兰浩,邵琳玉,毛佳
2023, 54(3): 1121-1130. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.028

摘要：为研究工程中岩体内部裂纹的萌生、拓展和贯通机制，模拟其破裂时接触碰撞的全过程，提出可变形圆化多边形离散单元法。该方法将有限单元法与圆化多边形离散单元法进行耦合，采用圆化多边形离散单元法计算非连续岩体间的相互接触作用，连续体内部的应力应变状态则通过有限单元法进行分析。为准确模拟裂纹演化过程，在有限单元间插入节理单元，采用虚拟裂缝模型和具有拉伸截断的摩尔-库仑准则描述节理单元在拉伸、剪切等不同破坏模式下的力学状态。最后模拟巴西圆盘开裂、单切口弯梁开裂及块体冲击破坏试验。研究结果表明：所提出方法能准确模拟岩体从连续体变化为非连续体的破裂过程。
关键词：岩体破裂;圆化多边形离散单元法;节理单元;虚拟裂缝模型

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发布时间：2023-04-12
不同饱和度冻结红砂岩动态压缩性能及能量特性试验研究
贾蓬,卢佳亮,毛松泽,钱一锦,孙占阳
2023, 54(3): 1131-1140. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.029

摘要：为研究饱和度对冻结红砂岩动态压缩性能及能量特性的影响，对饱和度分别为0，25%，50%，75%和100%的冻结红砂岩进行SHPB动态冲击压缩试验。研究结果表明：不同饱和度的冻结红砂岩破坏机制主要受未冻水弱化效应、冻结强化效应和冻胀损伤效应3种机制的影响；当饱和度低于25%时，未冻结合水对岩石的动态力学性能产生弱化作用；当饱和度介于25%~75%之间时，冻结强化作用占主导地位；当饱和度高于75%时，水冰相变导致的冻胀损伤占主导地位。冻结红砂岩的峰值强度、耗散能、能量利用率随饱和度的增加均呈先减小后增大再减小的三段式分布规律，且具有明显的应变率效应，而冻结红砂岩冲击压缩破坏的分形维数随饱和度的增加呈先上升后下降再上升的趋势。冻结红砂岩的冲击压缩力学性质及其能量特征均与冻结强化和冻胀损伤的相互作用密切相关。
关键词：饱和度;冰冻岩石;动态压缩;分形维数

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发布时间：2023-04-12
三维贯通节理对大跨隧道围岩稳定性的影响
林聪波,俞缙,常方强,付晓强,姚玮,蔡燕燕
2023, 54(3): 1141-1152. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.030

摘要：为了探究贯通节理对大跨隧道围岩稳定性影响规律，运用3DEC软件结合离散元强度折减法，以剪切滑移区面积指标为稳定性判据计算大跨隧道围岩安全系数，分析三维状态下节理的走向、倾角、间距、力学参数对围岩稳定性的影响规律。研究结果表明：在大跨隧道围岩中，节理倾向影响稳定性程度由大到小依次为X向、Z向、Y向，仅有单向节理时，ψ>60°时围岩较不稳定；在双向节理组合下，节理倾角致使隧道失稳的经验判别式；节理间距对大跨隧道稳定性的影响程度根据不同块体形状而产生差异，拱顶分布长条形块体时影响最大，洞周分布尖条形块体时影响最小；节理力学参数对大跨隧道稳定性影响程度由大到小依次为内摩擦角、法向刚度、切向刚度、黏聚力；大跨隧道围岩节理倾角由水平到垂直的过程中，围岩变形破坏由拱顶沉降、拱底隆起转变为以拱顶、拱肩大变形及滑移为主。研究结果可为节理岩体中大跨隧道围岩稳定性判定及支护优化提供借鉴。
关键词：贯通节理;大跨隧道;稳定性;离散元;强度折减法

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发布时间：2023-04-12
岩石张拉、剪切裂纹划分方法及其在岩爆前兆中的应用
刘冬桥,孙杰,张磊,杨园园,张路路,张梓谦
2023, 54(3): 1153-1167. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.031

摘要：提出一种利用支持向量机划分张拉裂纹和剪切裂纹的方法，采用巴西劈裂试验和直剪试验的验证结果证明该方法合理有效。在此基础之上，对砂岩应变岩爆全过程裂纹类型进行划分，并分析各类裂纹事件数、事件增长速率及占比变化规律。研究结果表明：岩爆全过程经历张拉裂纹主导、张拉和剪切裂纹共同作用、岩爆发生3个阶段；在岩爆时刻前张拉和剪切裂纹都出现突增的现象，且张拉裂纹事件增速大于剪切裂纹增速，但张拉裂纹累计占比下降、而剪切裂纹累计占比上升。岩爆前张拉裂纹累计占比下降的现象早于裂纹事件数和事件率突增的现象，且具有较强的前兆响应能力，可作为岩爆的一种前兆特征。
关键词：应变岩爆;裂纹划分;支持向量机;前兆特征

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发布时间：2023-04-12
深埋无中导洞连拱隧道围岩压力计算方法研究
姜成业,汤华,邓琴,和振海,毕钛俊
2023, 54(3): 1168-1177. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.032

摘要：深埋无中导洞连拱隧道取消了中导洞的施作，具有左右洞先后开挖且为零间距施工的工程特性，目前其围岩压力计算方法尚无统一的标准可循。基于普氏理论，将连拱隧道上部围岩荷载视为拱部基本松散荷载和附加松散荷载之和，考虑先行洞既有支护结构对后行洞基本松散荷载的抑制作用以及后行洞施工对先行洞基本松散荷载加剧影响，从而提出深埋条件下无中导洞连拱隧道围岩压力计算方法，最后结合曼腊隧道现场监测断面的试验结果进行对比分析。研究结果表明：1) 围岩岩性越差，后行洞开挖对先行洞基本松散荷载加剧影响越显著，而先行洞既有支护结构对后行洞基本松散荷载的约束作用越弱；2) 先行洞支护结构相比于后行洞承担了较大的围岩荷载，且越靠近中隔墙一侧受力则越为不利；3) 提出的计算方法和现场监测得到的围岩压力分布规律基本一致，论证了所推导公式的合理性和实用性，可为今后类似工程支护结构的设计及优化提供参考。
关键词：无中导洞连拱隧道;围岩压力;深埋

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发布时间：2023-04-12
考虑管-土/泥浆接触状态的浅埋大断面矩形顶管隧道摩阻力计算方法研究
甘淑清,彭立敏,雷明锋,朱立成,唐志辉
2023, 54(3): 1178-1186. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.033

摘要：研究分析顶管-土体/泥浆的接触状态，进而结合全土柱地层压力理论和摩擦学理论，建立考虑管-土/泥浆接触状态的浅埋大断面矩形顶管隧道摩阻力计算方法，并开展工程实例验证与应用。研究结果表明：本文所建立的考虑管-土/泥浆接触状态的矩形顶管隧道摩擦力计算方法的理论计算结果与实测结果较吻合，该方法具有可靠性，可用于指导实际工程的设计与施工；受顶管姿态、泥浆套质量影响，顶管管壁接触存在完全管-泥浆、完全管-土和管-土/泥浆共存3种接触状态，在实际施工中，以管-土/泥浆共存接触状态为主；顶管顶进初期，受端头井地层加固及泥浆套形成质量等因素影响，界面接触模式应按管-土接触考虑，管壁摩阻力大；在富水地层中，泥浆套质量受地下水渗流作用影响显著，泥浆易稀释、流失，减阻效应减弱。
关键词：浅埋矩形顶管隧道;大断面;摩阻力

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发布时间：2023-04-12
滚刀-高移速水射流耦合切削极硬花岗岩试验与模拟研究
贺飞,张金良,鲁义强,罗星臣,夏毅敏
2023, 54(3): 1187-1203. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.034

摘要：目前，全断面隧道掘进机(tunnel boring machine，TBM)滚刀与高压水射流耦合破岩研究中，水射流切槽大多由低移速水射流切割而成，这与实际情况下耦合在TBM刀盘上的高移速水射流所制备的切槽不同，进而影响滚刀-水射流耦合破岩结果的可靠性。针对上述问题，采用2种喷嘴直径(0.5 mm和0.7 mm)、3种移速(1.8，2.4和3.0 m/s)的高移速水射流，耦合小尺度TBM滚刀(刃宽为2.3 mm和直径为43.2 mm)，对极硬花岗岩进行切削试验，研究不同切削模式下的岩石破碎效果、滚刀法向力以及破岩比能的变化规律，同时开展全尺度滚刀与高移速水射流切槽耦合破岩的数值模拟，作为小尺度破岩试验的补充。研究结果表明：高移速水射流切槽的底长和高度随喷嘴直径的增大而增大，随喷嘴移速的增大而减小；在共轨破岩试验中，小滚刀下方岩石被高移速水射流部分移除，导致破岩载荷和破岩效率降低；在错轨破岩试验中，当小滚刀与水射流切槽间距大于15 mm时，水射流切槽辅助滚刀破岩效果趋于消失，当间距为12 mm时，水射流切槽辅助滚刀破岩效果最显著，破岩比能比纯滚刀切削降低68%；由于高移速水射流切槽小、滚刀刃宽大，导致切槽对滚刀破岩的辅助效果很小。为提升高移速水射流辅助TBM滚刀破岩效果，建议提升水射流的切割能力从而提升切槽深度，适当减小滚刀刃宽从而提升滚刀贯入岩石的能力，适当减小滚刀与切槽间距从而发挥切槽临空辅助破岩作用。
关键词：全断面隧道掘进机;滚刀;高移速水射流;破岩试验;颗粒簇离散元方法

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发布时间：2023-04-12
基于RHT模型的层理分布与爆破损伤关联耦合性分析
饶军应,薛炀皓,沈阳,王伯余,刘畅,赵昌杰,陈忆,尹泉
2023, 54(3): 1204-1218. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.035

摘要：在层状围岩隧道钻爆施工中，层理往往会影响爆破效果，导致超欠挖、支护结构受力与设计不符、围岩稳定性不可控等不利后果，为此，基于某白云岩隧道掌子面特征及室内试验结果，通过数值模拟手段，利用RHT模型开展层理数量及分布对岩体爆破损伤关联耦合性影响分析。研究结果表明：用“接触”方式模拟层理能较好反映应力波在层理的反射、透射等力学行为特征，在特定条件下，应力波会在层理处形成应力波叠加，使得局部岩体的应力峰值变大，产生拉伸效应并激发裂纹；当冲击荷载超过层理强度阈值时，层理会被破坏而失去反射和透射作用；利用相邻层理间距的差值∆H与损伤占比D_p作为拟合参数来揭示层理疏密程度与岩体爆破损伤的相关性，得到拟合公式D_p=6.54-0.12∆H；当炮孔半径为R时，层理与炮孔距离小于18.3R时，层理对岩体爆破损伤演化的影响较小，大于18.3R时，层理对岩体爆破损伤演化的影响较大。
关键词：隧道;钻爆施工;层理;RHT模型;爆破;岩石损伤;数值模拟

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发布时间：2023-04-12

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