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[期刊论文] 苏永华 李帅 方砚兵 苏雅
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CSTPCD 北大核心
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摘要:从塑性极限分析出发,基于上限分析构建边坡极限状态可靠度计算模型;针对状态函数高度非线性导致常规可靠度方法求解时存在困难的问题,将响应面模型作为极限状态函数与可靠度计算间"桥梁",利用二次正交原理优化取样点,建立考虑参数相关性的二次响应面替代函数.利用JC法直接求得边坡可靠指标的一个上限解,讨论了单个及多个参数变异性对边坡可靠度的影响.
[期刊论文] 苏永华 蹇宜霖 张航
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CSTPCD 北大核心
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摘要:渐进式滑坡是一个由量变到质变的动态发展过程,其破坏过程和稳定性变化规律分析是滑坡分析与处理的重点和难点.对于渐进式滑坡的破坏过程,其实质是滑带的应变软化过程,利用FLAC 3D软件的应变软化本构实现渐进破坏过程模拟;对于渐进式滑坡的稳定性变化规律,结合应变软化过程并考虑强度参数粘聚力和内摩擦角的软化程度的差异,提出一种双强度折减的动态稳定性评价方法.以奉节某渐进式滑坡为例进行这两方面的数值分析,在滑坡坡脚路基开挖之后,随着塑性剪切发展,滑坡破坏呈现由坡脚向坡顶扩展的渐进式发展规律.二者结果对比互补,验证了两种方法的合理性,很好地实现了渐进式滑坡的破坏机制分析.
摘要:常规二次二阶矩可靠性方法只适用于功能函数偏导数(一阶和二阶)能够简便地由解析法求解的工程,使得其难以解决复杂岩土体结构的稳定可靠度问题.针对这一局限,基于数值差分原理,导出功能函数在验算点处各阶导数近似表达式,结合随机变量在X空间和y空间的变换,构建了基于差分方法的梯度矢量数值求解工具;以该工具置换Breitung二次二阶矩方法中的梯度计算准则,形成一种适用于任意形式功能函数的二次二阶矩可靠度算法,消除了经典方法的局限;利用所提方法解决了功能函数为隐式和未知形式的边坡可靠度问题,展示了该方法解决复杂岩土体结构概率稳定性问题的能力,并同时在基准Y空间内建议了具有普遍意义的合适步长系数值0.01.
摘要:利用我国西部山区的竹材作为挖填路基的加筋材料,对湘西楠竹筋材的抗拉、抗弯强度进行测试,并与传统加筋材料的力学性能进行比对;基于Pasternak模型对挖填路基进行简化,对竹材加筋挖填路基抗弯变形性能展开研究;利用FLAC3D有限差分软件建立加筋挖填路基三维模型,就加竹筋格栅、加土工格栅及不加筋3种工况下的路基顶面差异沉降进行对比分析.研究结果表明:竹材能满足规范对筋材力学性能的要求;竹筋格栅加筋能有效减少路基顶面差异沉降,且其加筋效果优于土工格栅.研究成果可为控制挖填路基填挖结合部差异沉降提供技术支撑,为挖填路基的设计、施工提供参考.
摘要:研究了古滑坡的变形与其稳定性的关系.通过公式推导证明了在对古滑坡滑带进行力学参数折减过程中考虑刚度退化的必要性,提出考虑古滑坡滑带强度折减和刚度退化耦合作用的新方法,并给出了具体的耦合方式.依据大量的工程经验绘制古滑坡失稳变形曲线,提出古滑坡自稳能力预警位移值和极限位移值的概念和确定方法.最后结合工程算例,对全局强度折减、滑带强度折减、考虑滑带强度折减和刚度退化耦合作用的三种方法所得结果进行了对比分析,计算表明,采用考虑滑带强度折减和刚度退化耦合作用的方法分析古滑坡变形场更符合实际情况.
摘要:为研究围岩径向位移与施工工艺间的相互关系,基于围岩开挖扰动时应力响应原理,分析隧道缩尺模型的边界条件及试验方案.通过模型试验,建立岩质隧道的纵向变形规律曲线,获得隧道开挖最大径向位移与施工工艺的变化规律.结果表明:隧道断面径向位移大小与掘进进尺及频次密切相关,此规律可以作为支护方案的参考资料;越接近掘进面,围岩径向位移增大趋势越显著,距掘进面约5倍洞径时,围岩处于自稳状态.为对比分析,基于同样的边界条件,建立了数值模拟研究模型.通过数值计算,验证了缩尺模型试验所得结果的合理性.该研究对支护结构的优化分析设计有一定指导意义.
摘要:针对目前关于位移释放系数的计算方法比较复杂的问题,基于二次回归正交组合试验设计方法,提出了位移释放系数公式构建方法,应用该方法对静水应力场中圆形隧道进行了一系列数值试验,建立了考虑多个因素的开挖面位移释放系数拟合公式,比较了各影响因素的敏感性大小.通过数值算例和工程实例分析,初步验证了该方法的有效性.研究结果表明:对于不同级别岩体,同一因素对开挖面位移释放系数的影响程度不一;地应力水平 、岩体扰动 、地质强度指标 、H-B常数和泊松比对开挖面位移释放系数的影响较大,而岩石单轴抗压强度和变形模量影响较小.
[期刊论文] 方砚兵 苏永华 肖旺 梁斌
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EI CSTPCD 北大核心
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摘要:从统计资料不足的角度出发,研究一种岩土工程隐式功能函数非概率可靠性方法,作为概率可靠性方法的有益补充.首先利用系列区间扩展函数降低区间相关性,建立基于子区间法的隐式函数区间解的迭代程序;然后采用试验设计的方法,从全面设计的角度建立统计优化模型搜索最优解,达到一个目标区间内获得一个简单计算方案的目的;最后通过对功能函数中应力函数的区间解设置置信区间,形成有限计算代价下的偏向于绝对安全的隐式功能函数非概率可靠性模型.通过岩土工程中最小支护阻力函数演示该方法的具体操作程序.工程算例结果表明,由此得到的最小支护阻力上限值与蒙特卡洛模拟法最大值的相对误差为0.83%,偏向于绝对安全.
摘要:为掌握红砂土路基边坡在降雨条件下的冲刷破坏规律,对该类路基工程边坡防冲刷提出合理化建议,针对湖南省某高速公路红砂土边坡特点,设计开发了模拟雨水冲刷边坡的室内模型试验系统,该系统包括人工降雨装置、供排水系统、测量系统和路基模型,利用该系统有效观测了红砂土边坡在雨水作用下发生崩塌的全过程,测定了不同坡长、降雨强度等条件下的边坡冲刷量,获取了边坡浸润深度随降雨时间的变化规律.依据灰色关联理论,对冲刷量影响因素的敏感性进行了分析.研究表明:影响边坡冲刷量的因素大小依次是降雨强度、降雨总量和边坡坡长.同时提出了相应的红砂土边坡防冲刷建议,在采取红砂土边坡抗冲刷措施时,应重点考虑当地降雨特点的影响.研究结果对红砂土边坡抗冲刷设计具有一定的理论指导作用.
[期刊论文] 司天琪 苏永华 肖旺
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EI CSTPCD 北大核心
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摘要:围岩支护结构稳定性是地下结构设计的关键.针对深部隧道围岩参数信息统计不足,引入Information-gap理论,建立支护围岩结构非概率可靠性分析方法.给出了无量纲不确定水平参数的Info-gap模型,根据系统模型和性能要求得到可靠度分析的稳健函数,并将结构发生失效前能够容许的不确定参量的最大波动幅值作为稳健可靠度指标.结合剪切滑移线场理论,推导了均质弹塑性围岩最优支护阻力,建立围岩支护结构稳定分析的响应函数.实例工程展示了稳健可靠度分析的具体操作程序.参数分析表明,支护阻力越大,结构越稳健性;同时,提高巷道围岩的内摩擦角和黏聚力是增加支护结构稳健性的关键.该方法在参数信息少、样本数据有限情况下,是处理不确定问题的一种合理有效方法.
[期刊论文] 岳海 苏永华 方砚兵
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CSTPCD 北大核心
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摘要:利用FLAC3D中应变软化模型和温度模式建立数值计算模型,考虑初始地应力中温度热应力的修正并以函数的形式嵌入,讨论了非规则破裂化现象中应力及塑性区的特征.考虑地层温度和岩体热力学参数对深部围岩非规则破裂化的影响,分析围岩最大最小应力及塑性区特征.数值分析表明:FLAC3D塑性区图中呈现明显的非规则破裂化现象,而且随着地层温度升高和线膨胀系数增大,深部围岩非规则破裂化趋于严重;线膨胀系数大的围岩受温度影响较大.比热容和导热系数对深部围岩非规则破裂化影响微弱.得到了震荡的最大最小主应力曲线,最大剪应力与塑性区呈现出与最大剪应力理论相似却又不同的关系,即非规则破裂塑性区外边界和最大剪应力曲线的主峰值存在对应关系,但最大剪应力曲线主峰值相对于塑性区外边界存在滞后性.
[专利] 发明专利 CN201810724782.1
湖南大学 2018-11-20
摘要:本发明公开了一种补偿地铁隧道下穿导致建筑沉降的软弱夹层注浆抬升方法,用于治理地铁隧道施工所带来的地表建筑沉降病害。该方法步骤包括:(1)抬升注浆软弱层选择;(2)软弱层预加固;(3)软弱层止逃帷幕施作;(4)软弱层注浆抬升,确保建筑物沉降值及沉降差异不超过允许值。本发明中对软弱层四周环向注浆而建构地层止逃帷幕的技术,避免注浆抬升施工对原生地基的损伤,有效地降低对抬升注浆设备的要求;阻止注浆后的软弱层在上覆地层及地表建筑物荷载作用下向四周滑溜逃逸,开发出一种基于软弱层注浆抬升补偿地铁隧道下穿建筑物沉降的施工技术。
[期刊论文] 刘少峰 苏永华 李帅
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EI CSTPCD 北大核心
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摘要:首先基于Duncan–Fama收敛函数及锚杆、喷射混凝土与金属网等支护单元特征函数,建立圆形巷道围岩收敛–约束关系曲线,同时建议非圆形断面巷道转化为圆形断面的适用方法,并剖析收敛–约束曲线所涵盖的围岩与支护体系间的动态发展关系。然后引入隧道洞壁径向位移沿隧道径向的开挖间隔的变化规律曲线,与收敛–约束曲线相结合从而共同形成岩体的开挖、支护与信息反馈的动态发展关联过程。最后,建议了隧道围岩稳定安全系数计算表达式,探讨了相关支护时机确定方法,并分析隧道开挖后其支护起始位置对围岩约束力的影响。基于上述成果,探讨了现有的根据岩体分级类比的地下结构支护设计方法不能定量评价其安全程度的缺陷。通过两个工程实例,详细说明所构建方法的操作和运行过程,并初步验证了其有效性。
[期刊论文] 孙辉 苏永华 梁斌
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北大核心 CSTPCD CSCD AJ CA CBST
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摘要:强度折减法被广泛应用于围岩稳定性分析中,但因岩体赋存环境异常复杂,造成数值模拟得到的围岩稳定安全系数失真,制约了支护设计向定量化方向的发展.然而大量工程实践表明Ⅰ级围岩仅凭自身强度便能抵抗住二次应力破坏.故文章选取了围岩的一种极限稳定平衡状态,运用FLAC3D和强度折减思想计算出囊括所有岩体不确定性因子的围岩稳定系数k0,以此作为衡量围岩能否自稳的定量指标.最后通过大量数值模拟,比较各模型稳定系数与k0的数值关系,初步量化了围岩自承载结构在硐室稳定中所起的作用,同时辨识出Ⅱ、Ⅲ级围岩保持长期稳定的条件.
[期刊论文] 肖旺 苏永华 方砚兵
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北大核心 CSTPCD CSCD AJ CA CBST
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摘要:通过数值模拟研究了锚杆支护对峰后围岩的支护效应.首先,基于Mohr-Coulomb峰后应变软化的遍布节理模型,建立了临界塑性剪切应变η*与支护阻力的耦合关系;然后,根据锚杆加固机理,将锚固作用后围岩的力学参数嵌入到应变软化模型中;最后,将临界塑性软化系数η*影响下的应变软化模型嵌入有限差分FLAC3D中,并通过对锚杆支护下的围岩震荡应力场等分析,研究了不同锚杆支护长度对深部洞室围岩分层破裂范围及应力、变形的影响.数值研究分析表明:考虑锚杆支护,围岩分层破裂化现象明显减弱;支护条件下的围岩应力场、位移及破裂区范围与未支护时差异明显.在一定范围内增加锚杆长度,可使围岩应力峰值点向洞壁移动,破裂区半径减少,拱顶和拱脚沉降均减少;当其支护长度超过临界长度后,竖直和水平方向破裂区半径以及沉降量均趋于稳定值,且两方向上破裂区半径及沉降的数值接近.
[期刊论文] 肖旺 苏永华 方砚兵
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北大核心 CSCD
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摘要:围绕处于峰后状态的隧道围岩在全长黏结锚杆支护下的力学机制进行研究.按力学特征,将在次生应力作用下的峰后状态围岩由隧道临空面往深处依次划分为残余强度区、塑性软化区及弹性变形区.基于锚杆黏结抗滑移变形支护抗力产生原理,导得锚杆轴向应力及抗剪强度方程.将全长黏结锚杆通过岩石-锚固面对围岩提供的支护力等效为围岩单元径向体积力,建立了考虑锚杆支护效应的微元体平衡方程;将该平衡方程分别与考虑峰后体积扩容及软化特征的残余带、软化带塑性相容方程联合,推出了隧道峰后国岩残余区、软化区在注浆锚杆支护下位移、应力及范围的计算公式.基于理论研究的实例分析,进一步揭示了注浆锚杆与围岩内部锚固效应,锚杆端部预紧力对峰后围岩软化、扩容性质的改善作用和对围岩各区范围发展及隧道周边变形的控制作用.
[专利] 发明专利 CN201711279571.3
湖南大学 2018-06-26
摘要:本发明公开了一种地下工程截断水循环路径引发城区地层塌陷的模拟试验装置,属于地面塌陷试验装置技术领域。包括地下水位控制结构、模拟地面塌陷的模型箱(水箱1、土箱、水箱2)、循环水箱、水循环调节结构(地铁板、基坑板)、筛分通道、地下水位控制结构。模拟地层中由于存在易溶性填充物质或水平重塑地层在水渗流作用下从一个小孔洞逐渐扩展成一个大空洞的过程,且其上覆土层不断变薄并最终导致地层塌陷。本发明着重考虑在水平渗流情况下,水循环对土洞扩展的影响及土洞发展到临界埋深切断水循环对地层塌陷的影响。本发明可直接观测土洞扩展和塌陷的过程,用于研究地下工程截断水循环路径引发的地层塌陷机制。
[期刊论文] 苏永华 付雄 肖旺
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北大核心 CSTPCD CSCD AJ CA EI
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摘要:针对现代地下支护结构设计方法中缺乏物理意义明确的稳定性表征指标这一不完善之处,结合收敛-约束原理来开展研究.首先,通过选取基于Mohr-Coulomb失效准则的Kastner公式和Duncan公式进行围岩弹塑性分析从而构建围岩收敛曲线;分析各支护单元的力学特性并构建锚喷支护结构支护特征曲线;然后,根据收敛-约束原理和荷载原理导出支护结构的稳定系数,从而建立不同围岩收敛曲线的地下结构稳定性定量评价方法;最后,在各岩体力学参数相似的条件下,通过算例分析不同围岩收敛曲线之间的差异性,展示了不同模式的操作和运行过程.
[期刊论文] 方砚兵 苏永华
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EI CSTPCD 北大核心
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摘要:从风险水平的角度初步量化分级安全储备,提出在给定可靠性水平下直接计算隧道支护抗力的方法.该方法首先基于室内和现场试验的数据,利用广义3倍标准差准则得到参数的统计特征;遵循利用围岩应变值作为隧道支护设计基础的理论,采用极限状态函数建立功能函数方程;然后基于一次逆可靠度算法,结合Nataf变换和Cholesky分解构建详细计算程序;最后计算局部安全系数.以经典软岩参数为例,通过一次二阶矩法(FORM)验证该方法精度;分析相关性和初始应力场对隧道支护抗力的影响.最后计算确定在可接受风险水平下的隧道支护抗力及相应局部安全系数.
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北大核心 CSTPCD CSCD AJ EI CBST
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摘要:围绕某深埋隧道支护结构失效机理展开研究。调查了某深埋隧道围岩地质及支护结构失效特征,根据深埋隧道围岩的地质力学历史,提出岩石峰后力学特征描述的塑性应变指标。通过数值模拟获得在开挖扰动下该隧道围岩中应力大小的交替分布及围岩破裂的分层现象,分析了分层断裂中次生自由面、多重似开挖面形成的力学机制,揭示出武陵山脉隧道深埋段支护结构破坏的原因在于围岩的分层破裂。研究结果为深部隧道支护设计及稳定性分析提供了有效的思路与处理方法。
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