开挖卸荷

摘要： 在深部开挖工程中,深部岩石往往经历“三轴高应力+开挖卸荷+动力扰动”的全应力过程。为了研究围压卸荷对深部预应力岩石的动态破坏特征的影响,采用改进的分离式霍普金森压杆对红砂岩进行了一系列三轴卸荷动态压缩试验,还进行了单轴预应力冲击压缩试验(不考虑围压卸荷效应)。结果表明,红砂岩的动态抗压强度表现出明显的应变率效应。在应变率近似相等的情况下,三轴卸荷动态压缩试验中岩石的动态强度小于单轴预应力冲击压缩试验中岩石的动态强度。围压卸荷造成明显的强度弱化效应,并采用动态强度弱化因子(DSWF)量化强度弱化程度。在同一个应力路径下,岩石的应变率和入射能呈对数关系;而在入射能相同时,卸荷会导致预应力岩石有着更高的应变率。分析了试样的破坏模式,发现卸荷对试样破坏模式的影响并不显著。此外,讨论了围压卸荷对剪切强度参数(内聚力和摩擦角)的影响。在入射能相同时,发生卸荷后的预应力岩石更容易发生破坏。因此,在深部岩石工程开挖设计中应考虑卸荷对岩石力学特性的影响。

摘要： 金沙水电站大坝右岸征地红线外的山梁子变形体处于导流明渠上方,为避免变形体滑塌威胁电站施工及运行安全,有必要开展该变形体抢险工程的边坡开挖卸荷排险分析,制定安全经济的开挖方案。通过比选不同开挖支护方案和分析不同运行工况下的边坡稳定性,确定了有效施工措施,及时排除险情,消除了电站安全隐患。研究成果可供类似工程参考。

摘要： 为探究小跨度隧洞围岩在不同应力路径下的破坏机制,依据现场工况设计相似模型试验可以直观了解围岩的破坏过程,同时数值模拟技术为洞悉岩体内部的破坏机理提供了可视化手段。本文依托某隧洞工程设计了相似模型的加、卸荷破坏试验,并利用颗粒流分析软件PFC进行数值仿真。对比宏、细观两种尺度下的试验发现,隧洞两侧直墙中部岩体的切向应力峰值最低,该处易受拉破坏。拱肩和拱脚处的围岩因应力集中而松动,该处产生的裂隙与直墙处裂隙贯通后将岩体切割成块是隧洞破坏的主要形式。开挖卸荷的应力路径下,隧洞整体的承载能力更强,但破坏时剥落的岩体更加破碎,围岩的损伤深度更大且内部剪切裂纹占比更多,最终形成的破坏面接近“V”型,同时开挖卸荷还会形成开挖扰动区,使拱顶和拱底处岩体的切向应力峰值降低,部分岩体的承载能力下降。

摘要： 针对沿空小煤柱巷道易冒顶、大变形、难支护等问题,综合考虑掘、采全过程(巷道开挖与工作面回采)巷道围岩稳定性,基于典型矿井现场调研与围岩地质力学参数原位测试结果,综合运用理论分析、数值模拟及工程类比相结合的方法,进行了初始支护设计,开展现场工业性试验并进行日常与综合矿压监测,分析矿压监测数据、评估巷道稳定性、动态优化调整支护设计,最终探索出适用于沿空小煤柱巷道服务全过程的支护技术。应用结果表明,该技术可有效地控制小煤柱沿空巷道围岩强烈变形,巷道在掘进期间围岩整体未出现明显的大变形,两帮变形要明显高于顶底板变形且煤柱帮变形最大,可为相似地质条件的沿空巷道支护设计与安全高效生产提供可靠依据。

摘要： 上跨既有隧道的新建隧道施工,在开挖卸荷导致的变形以及爆破所导致既有隧道振动两方面,影响既有隧道的结构、运营安全。文章依托新建三峡枢纽茅坪港疏港铁路杨木岭隧道,应用数值模拟的手段研究新建隧道对既有隧道的动、静力影响,指导新建铁路施工。研究结果发现新建隧道的开挖卸荷对既有隧道影响较小,控制变形效果较好,同时爆破引起的既有隧道衬砌结构振速较小,在安全范围内。

摘要： 为探究露天矿不同高度边坡卸荷破坏模式的异同,以辽宁鞍山大孤山铁矿某岩质边坡为背景,利用边坡岩体内优势裂隙组产状、迹长和密度等随机分布参数,构建与边坡结构面具有相似分布规律的二维网络模型,借助PFC数值计算软件,探讨不同开采水平下坡体位移场和裂隙发展的时空演化规律以及边坡的破坏模式。研究结果表明:在边坡开挖过程中,出现的裂隙以张拉裂隙为主;裂隙主要出现在靠近坡面一定范围内,从坡面向里,裂隙数量减小,裂隙初始出现在坡脚区域,而后向坡顶发展;边坡开挖后,水平位移由负变为正,且突然增大,而后呈现阶跃型增长;边坡水平和竖向位移最大值发生在坡脚区域和靠近坡面位置,远离坡面,位移逐渐减小。

摘要： 断层带岩体存在裂隙和高应力损伤历史的特点。为了探究隧道穿越断层带时,具有高应力损伤史的岩体在开挖后的力学特性及其对支护的影响,设计了两种卸荷路径不同的离散元数值模型:一种是峰前卸荷,反映普通隧道开挖;另一种是峰后卸荷,反映断层带内具有高应力损伤历史岩体中的隧道开挖。通过白砂岩试样的三轴压缩物理试验,标定了离散元模型的计算参数,然后通过数值计算对比研究两种卸荷路径下的围岩力学行为。结果表明,有高应力损伤历史的围岩在开挖卸荷后,自承载能力崩溃更快,因此要求支护更加及时;要控制到相同的围岩变形量,峰后卸荷工况所需的支护强度显著增大,更难以支护的细观机理在于拉伸微裂纹的显著发育。

摘要： 基于软弱夹层力学性质差,易导致边坡变形失稳破坏的工程问题,本文利用数值模拟分析方法,对比分析不同历时阶段下含有软弱夹层与不含软弱夹层的边坡稳定性状态,总结了边坡最大剪应变及塑性区分布的变形发展趋势,揭示了软弱夹层对边坡稳定性状态的影响程度。研究表明:相较于不含软弱夹层而言,含软弱夹层边坡的稳定性状态受开挖卸荷及降雨入渗等外界因素的影响性更大,坡体内部软弱夹层的流塑泥化,再加之抗滑力急剧降低,致使发生沿软弱夹层的滑坡灾害风险增大,因此有必要对含有软弱夹层的边坡工程实施合理有效的加固措施。

摘要： 在深基坑工程中,土体的开挖是个逐渐卸荷的过程.在这一过程中,土体的应力状态不断变化.为考虑应力路径对土体的影响,采用GDS三轴仪对上海深邃工程的原状软黏土进行三轴试验,研究不同应力路径下土体的应力-应变关系、孔隙水压力变化规律、有效应力路径和变形特性.结果显示:土的峰值强度、孔压、有效应力路径和变形等特性均受到应力路径的显著影响,在实际工程中应考虑这一因素.另外,需特别注意开挖卸荷过程中较小的变形就可能导致的破坏,应防范骤然破坏情况的出现.

摘要： 含节理的岩质边坡开挖卸荷时易发生突发性失稳破坏,对含不同岩桥长度的花岗岩试件开展三轴加载试验,运用红外热像仪全程采集,引入温度特征粗糙度,研究含节理岩石试件三轴加载过程中临空面上平均温度变化和温度特征粗糙度变化特征,将温度特征粗糙度与声发射振铃计数率和应力应变曲线对比分析.研究表明:温度特征粗糙度在试件破坏前夕出现突跳现象,而此时平均温度无任何异常表现,温度特征粗糙度前兆性优于平均温度;温度特征粗糙度与声发射振铃计数率和应力应变曲线三者阶段性较为一致,温度特征粗糙度突跳现象均略提前于声发射振铃计数率陡增和应力应变曲线下降;不同岩桥长度试件的温度特征粗糙度变化特征较为一致,以此作为研究指标受节理长度影响较小.研究结果可为节理岩质边坡开挖卸荷防治提供理论参考.

摘要： 为了模拟剪切开裂现象,在自主开发的基于拉格朗日元方法、变形体离散元方法及虚拟裂缝模型耦合的连续-非连续方法的基础上,引入了Ⅱ型断裂能,开展了静水压力条件下开挖卸荷快慢对硐室围岩模型变形-开裂过程影响的数值模拟研究,得到了下列结果.随着时步数目的增加,模型两条对角线与硐室表面交汇的4个位置首先发生破坏;然后,裂缝不断增多、长大,向围岩深处发展,一些单元脱离围岩,发生冒落.剪裂缝主要位于V形坑边缘,而拉裂缝位于V形境内部,较分散.随着开挖卸荷时间的增加,围岩中V形坑的形态变得对称或未得到充分发展,拉、剪裂缝区段数目有降低的趋势.不同开挖卸荷时间时拉、剪裂缝区段数目随时步数目的演变规律具有类似性.

摘要： 基坑开挖后的卸荷回弹会导致桩侧摩阻力减小,但这一影响仅局限于基坑底部一定深度范围内.在计算开挖后的桩侧摩阻力时,可将卸荷视为作用在坑底的均布上拔荷载.荷载作用在地表以下,土体附加应力应采用Mindlin应力解.定义基于Mindlin解计算开挖后桩侧摩阻力与开挖前变化为5％时的深度为开挖影响计算深度Hc,开挖深度和宽度对Hc的影响明显,土体内摩擦角的影响较小,而泊松比的影响可以忽略.据此推导出Hc计算公式.Boussin esq解求得开挖卸荷导致的竖向附加应力大于Mindlin解结果,但是随着深度增加,二者差异逐渐减小.分别针对216种不同的开挖深度、宽度和内摩擦角取值组合进行计算,结果表明,Hc范围内基于Mindlin解求得的桩侧摩阻力与基于Boussin esq解结果的比值ω最大为1.124,最小为1.001.工程实践中为偏于安全,可直接采用Boussin esq解进行桩侧摩阻力计算.

摘要： 边坡开挖工程实际上是沿σ3方向的卸荷过程,利用能量耗散与释放原理分析岩体卸荷过程,发现随着开挖进行,岩体破坏临界应力不断降低,同时能量耗散导致了裂隙的成核、扩展,使得岩体力学性质劣化.在此基础上,采用三类常规评价体系对卸荷岩体质量进行分析评价,并求解原态和卸荷态岩体力学参数(Em、cm和Φm).分析常规评价体系在评价卸荷岩体质量时存在的不足,在对此进行修正的基础上,提出了适用于卸荷岩体的质量评价体系—USMR法.该法不仅考虑了岩块条件、结构面条件和间距、地下水等RMR包含的岩体基本性质,还考虑了坡面倾角与结构面倾角、坡面倾向与结构面倾向的关系,另外对开挖方法、卸荷损伤、边坡形态等对岩体质量劣化的因子进行了分析评价.基于USMR法所得cm值较前三种方法小,这与实际的开挖卸荷致使岩体内部裂隙扩展而使得岩体粘结力降低有了很好对应性.所得结论对高边坡开挖工程岩体稳定分析有一定指导意义.

摘要： 为研究锦屏某边坡岩体在开挖卸荷条件下的岩体宏观力学参数,对该区砂岩进行室内卸荷试验研究,结果表明:相对于加载试验,卸荷过程中岩样的强度及变形参数发生了劣化,低、高围压下岩石变形及破裂形式也有所不同.为此,在对SMR及CSMR修正的基础上,提出了考虑开挖方式、边坡形态及卸荷损伤的边坡卸荷岩体的评价体系USMR法(Unloading Slope Mass Rating).基于USMR法对研究区边坡开挖岩体宏观参数(变形模量Em、岩体抗压强度σcm、岩体抗拉强度σtm、岩体抗剪强度参数cm和Φm)进行了动态的分析,并分别考虑了不同围压σ3及卸荷损伤Dc条件下岩体参数的劣化规律.分析表明:开挖卸荷过程中岩体宏观参数发生了不同程度的劣化,拉应力区、低应力区和高应力区岩体参数的劣化规律有所不同,拉应力区及低应力区岩体力学参数对开挖卸荷更加敏感.研究结果对边坡开挖卸荷岩体的稳定性分析与评价具有一定指导意义.

摘要： 利用FLAC3D软件及内嵌的程序语言FISH语言编制相应程序,实现每个单元弱化弹性模量的自动计算,以及计算模型力学参数的自动更新。根据各级开挖卸荷结束后的弹性模量计算值,分析弱化弹性模量的分布规律,划分弱化弹性模量的等效分布区域。结合PSO改进的BP网络算法进行反分析计算,反演等效弱化区域的等效弹性模量,建立各区域弱化弹性模量与监测点位移关系的网络模型,以每个单元弱化弹性模量计算得到的监测点位移为真值位移,反演相应真值位移的等效弹性模量。实例研究表明,本文的方法适用于卸荷岩体弹性模量的弱化研究,计算成果合理,且具有较高的精度。

摘要： 基坑开挖卸荷会导致开挖段桩侧摩阻力缺失以及坑底桩周土围压减小，削弱桩基承载力。针对桩周土体开挖卸荷条件下的单桩承载力特性进行室内模型试验研究，通过模拟地面试桩和坑底试桩的竖向静载模型试验，分析单桩荷载传递过程，测试单桩极限承载力，研究桩周土体开挖卸荷对桩摹承载力的影响。对比开挖卸荷前单桩的承载特性，开挖卸荷后桩顶及桩底沉降量均有增加，桩身轴力以及桩端阻力有所增大，模型单桩极限承载力下降。

摘要： 卸荷作用广泛存在于人类的工程活动和地质作用过程中,岩体在卸荷条件下的力学特性研究一直是工程界探讨的热点问题之一.根据实际边坡工程开挖后应力变化状态确定试验方案,进行了砂岩三轴卸荷破坏试验,研究了卸荷状态下岩体的应力应变特征、破坏特征及力学参数变化规律,并与加载破坏试验数据进行了对比分析.试验结果表明,卸荷破坏时岩样变形模量随着卸荷量的增加可降低5%～42%左右,二者之间的关系可用指数函数拟合;卸荷破坏时岩体的峰值应变随围压线性增长,残余应变与围压无明显关系;相比于加载破坏,卸荷破坏时岩体凝聚力c值降低了4%左右,内摩擦角ψ增加了12%左右;卸荷速率对岩样强度和变形参数有较大影响;卸荷条件下岩体破坏具有沿卸荷方向强烈扩容特征,主要表现为张剪破坏,并伴随有环向裂纹,初始围压越高,卸荷程度越强烈,岩体的破碎程度越高.

摘要： 岩体在卸荷条件下的力学特性研究一直是工程界研究的热点问题之一。根据实际边坡工程开挖后应力变化状态确定试验方案,进行了砂岩三轴卸荷破坏试验,研究了卸荷状态下岩体的应力应变特征、力学参数变化规律及破坏特征,并和加载破坏试验规律进行了对比分析。试验结果表明:相比于加载破坏,岩样卸荷破坏时脆性特征更加明显,卸荷更容易导致岩石破坏;卸荷破坏时岩样变形模量随着卸荷量的增加可降低5％-42％左右,初始围压越高,降低量越大,二者之间的关系可用指数函数很好的拟合;卸荷破坏岩体粘聚力c值降低4％,内摩擦角Φ增加12％;卸荷速率对岩样强度和变形参数有较大影响。

摘要： 上海地铁7号线浦江站—耀华站中间风道基坑工程位于地铁区间隧道的上方,坑底距隧道顶的最小距离为9 m.基坑开挖对该地铁区间隧道上浮影响的分析与计算成为该工程的关键,为此建立了该基坑工程的数值分析模型,对实际施工工况进行模拟,动态地分析了施工过程中开挖卸荷对地铁区间隧道上浮的影响,并对不同级别和不同施工步加载处理下隧道上浮进行了研究。计算结果表明,堆载大小与地铁区间隧道上浮成线性关系,最佳堆载大小为120～160 kN/m2,施做两道支撑之间堆载整体上浮最小,故为最佳堆载时机。

摘要： 基于加锚节理岩体流变模型,应用三维弹粘塑性有限元法,考虑了岩体开挖卸荷、渗流和爆破松弛作用,模拟了孔雀沟石料场边坡的开挖过程和锚固措施,研究了斜坡方案稳定性和支护优化、并探讨了直坡方案的可行性。

摘要： 本发明属于深部巷道围岩开挖瞬态卸荷模拟设备技术领域，公开了一种深部洞室开挖瞬态卸荷的模拟试验装置及试验方法，模拟高速率卸荷，对已开挖的地下洞室围岩模型产生大的振动和应变率，获取实际工程中的卸荷数据；进行二维卸荷，模拟深部岩体开挖瞬态卸荷的过程；通过搭载不同的传感器，分析深部岩体在应力瞬态卸荷松动条件下的力学过程。本发明针对以往洞室开挖的模型实验中，无法模拟高速率卸荷的不足，实现了已开挖的深部地下洞室围岩模型上荷载的快速卸除，使得已开挖的地下洞室围岩模型产生较大的振动和应变率，使实验更贴近实际工程，与实际工程中的卸荷情况更为相符，更具有研究价值及参考意义。

摘要： 本发明提供一种隧道爆破开挖卸荷的数值模拟方法、设备及存储介质，包括初始应力求解阶段和开挖卸荷求解阶段。初始应力求解阶段包括选取研究范围，建立场区有限元数值模型。设置材料物理力学参数，施加应力边界条件和位移边界条件，采用准静态加载方法求解场区初始地应力。开挖卸荷求解阶段包括替换开挖部分材料模型，在开挖面施加等效爆破荷载。修改边界条件，使用关键字*STRESS_INITIALIZATION初始化地应力。修改求解参数，提交重启动求解。本发明以动态有限元分析软件作为基础平台，考虑初始地应力和岩体开挖卸荷过程。提供了一种简单有效的隧道爆破开挖卸荷数值模拟方法，模拟得到围岩在爆破开挖过程的应力变化过程更加符合实际情况。

摘要： 本发明涉及一种模拟不同地应力条件下硐室掌子面开挖瞬态卸荷的试验系统；能够模拟硐室掌子面开挖瞬态卸荷过程，完成不同地应力条件和不同卸荷速率下不同开挖面形状的围岩瞬态卸荷，亦能同时记录硐室围岩全场位移变化全过程。试验系统包括原位应力模拟装置，瞬态卸载装置和围岩全场位移监测装置；原位应力模拟装置由地应力加载装置和硐室围岩模型组成，硐室围岩模型中的四个加载面与地应力加载装置的四个液压头直接接触，地应力加载装置和硐室围岩模型配合使用并放置于同一个与水平面垂直的平面上；在该平面的前后两个方向上分别放置瞬态卸载装置和围岩全场位移监测装置；该试验可间接解决实际工程中钻爆法开挖卸荷瞬间围岩位移无法测量的问题。

摘要： 本发明公开一种用于模拟高储能岩体开挖卸荷试验的承压装置，包括承压块、套管和密封环，两块承压块分别设置于待试验岩体的两端；套管能够套装于待试验岩体和承压块的外部并与待试验岩体以及承压块相贴合；密封环套装于承压块和套管的外部紧固元件能够令密封环压紧在套管以及承压块上。本发明还公开一种用于模拟高储能岩体开挖卸荷试验的密封方法，利用上述的承压装置，将两块承压块对称置于待试验岩体的两端，将套管套装于待试验岩体和承压块的外部，将密封环套装于承压块以及套管的外部，利用紧固元件令密封环压紧在套管以及承压块上，达到密封目的；且密封环与承压块以及套管的抵接面为斜面，避免由于应力集中而导致的套管破坏。

摘要： 本发明提供了一种真三维应力状态下动态开挖卸荷试验装置及试验方法，包括控温加热电路、电加热棒、充填体、加载试样和真三轴试验系统；长方体形的加载试样的六个面分别与真三轴试验系统的上部压头、下部压头、左侧压头、右侧压头、前侧压头、后侧压头紧贴；电加热棒位于加载试样中的预制开挖孔洞的中心处；充填体填充于电加热棒与预制开挖孔洞之间；控温加热电路的导线的一端穿过前侧压头的导线孔后与电加热棒连接。可以实现分步开挖卸荷和多种速率开挖卸荷，同时可实现不同开挖断面(矩形、椭圆形、马蹄形等)和开挖尺寸的开挖卸荷，同时适用于单轴与双轴加载开挖卸荷试验。

摘要： 本申请实施例提供隧道开挖卸荷围岩渗水试验装置，涉及围岩渗水试验装置技术领域。该隧道开挖卸荷围岩渗水试验装置包括：装置支撑机构、外壁加压试验机构和渗水加压试验机构。所述装置支撑机构包括底座和支撑架，所述支撑架安装于所述底座顶部，所述底座顶部设置有弧形槽，所述外壁加压试验机构包括岩石试件、外套筒、端盖、液压缸和压板，所述外套筒设置于所述弧形槽内部，且所述岩石试件插设于所述外套筒内部。所述岩石试件和所述外套筒之间构成一注水空腔。增压泵抽取水箱内部的水源，抽取的水源通过进水管进入至增压泵泵体内部加压，最终从出水管排出至岩石试件和外套筒之间构成的注水空腔内部模拟围岩渗水。

摘要： 本发明公开了一种多线隧道瞬态开挖卸荷装置与方法，通过地应力加载装置给试样施加压力，试样预制若干个圆台型孔洞模拟多线隧道并分别填充相同材质的塞体，可控多孔卸载装置包括子弹发射装置以及冲击转换装置，卸载过程中，气腔释放高压气体推动子弹并使其撞击冲击限位块并推动冲击转换装置整体向前滑动，使得提前对准预制孔洞的冲头在运动过程中撞击塞体，冲击限位块运动一定距离后撞击限位支座并终止开挖。本发明能够模拟不同间距、空间方位的多线隧道同时或间隔瞬态开挖过程，实验装置具有装配简单、易于调节，便于实验观察以及重复实验等特点。

摘要： 本发明公开一种模拟高陡边坡开挖卸荷的模型试验装置及位移监测方法，包括反力架，所述反力架内侧与固定框外侧固定连接，所述固定框内侧与加载板外侧配合，所述反力架内侧还横向设有与加载板外侧配合的液压千斤顶，所述加载板内侧填筑的模型材料中布置有光纤光栅位移传感器；本发明可以用于高山峡谷地区高陡岩质边坡开挖卸荷导致的岩体内位移和变形演化规律相关研究。

摘要： 本发明涉及上部基坑开挖卸荷条件下既有隧道隆起控制方法，通过基坑围护结构将既有隧道上方所需开挖基坑进行包围，根据既有隧道上方所需开挖基坑对其进行分区，围护结构形成网格状，将基坑分隔成分区基坑，所述分区基坑，按照同向顺次标记开挖，分区基坑开挖到底后，浇筑混凝土底板，所述围护结构预埋钢筋，混凝土底板内置钢筋与围护结构预埋钢筋相连。本发明中，通过新建工程所需开挖基坑的大小将涉轨影响区基坑划分成所需若干个分块基坑，分区开挖可以减小单个基坑的长宽比，最大限度的控制基坑侧壁变形。基坑的分块可以根据实际情况更改划分方案，使得本发明中施工方法更具普遍性、实用性，应用范围十分广泛。

摘要： 本发明公开了一种用于土石混合体隧道围岩开挖卸荷模拟试验装置及模拟试验方法，包括底座组件、组合装样辅助系统、橡皮膜、应变片、微机控制电液伺服加载系统、顶压组件和水压计。组合装样辅助系统包括空腔组件和放料组件，通过放料组件能将不同粒径块石与土在下落至装样腔内时均匀混合于空腔组件内，微机控制电液伺服加载系统能对试样施加外部围压、内部围压、轴向压力和扭转剪力。本发明可以制备块石分布均匀，无过大孔隙的饱和土石混合体空心圆柱试样；较为真实地模拟与再现土石混合体隧道围岩的开挖卸荷效应；实时记录试样各相关力学参数变化，反映隧道开挖时土石混合体围岩的损伤演化过程。