特大断面板岩隧道施工期围岩变形时空效应分析

目前,关于特大断面板岩隧道施工期围岩时空变形规律缺乏系统性的总结。以沪昆客运专线长昆湖南段姚家隧道为例,结合变形监测资料,分析在不同开挖方法下特大断面板岩隧道施工期围岩时空变形规律,划分围岩变形-时间特征曲线及围岩变形-距掌子面距离关系曲线的类型;分析围岩位移释放率与时间和距掌子面距离的关系,研究围岩级别和空间位置对特大断面板岩隧道施工期围岩变形时空效应的影响规律。结果表明:围岩变形-时间特征曲线的类型可分为"弯弓"型和"台阶"型。"弯弓"型划分三个变形阶段,适用于Ⅲ、Ⅳ级围岩;"台阶"型划分四个变形阶段,适用于Ⅴ级围岩。围岩变形与距掌子面距离的关系曲线的类型可分为"单厂"型和"双厂"型。"单厂"型曲线出现在Ⅲ、Ⅳ级围岩地段,当监测断面距掌子面超过5倍洞径时,围岩变形趋于稳定,空间效应趋于消失;"双厂"型曲线出现在Ⅴ级围岩地段,当监测断面距掌子面超过3倍洞径时,围岩变形基本趋于稳定。最后,提出了不同围岩级别下隧道围岩径向位移释放率随时间和距掌子面距离的变化规律,研究结论对于特大断面板岩隧道围岩长期稳定性的研究具有借鉴价值。     

结构面分布特征对隧道围岩变形影响的数值模拟分析

结构面对隧道围岩变形及稳定性起着决定性作用。运用三维离散元方法(3DEC)研究结构面分布特征,重点是结构面线密度1/λ、强度和倾角对隧道围岩变形的影响,总结了结构面分布与围岩变形特征的关系。结果表明,在结构面强度较低的情况下,结构面线密度对隧道变形的影响较大,其影响可分为两种情况:①λ≤0.2时,围岩的弯曲变形大于沿结构面的剪切变形,属于应力型大变形;②0.2<λ≤0.4时,沿结构面的剪切变形大于围岩的弯曲变形,属于结构型大变形。结构面倾角主要影响围岩大变形发生的位置。将数值模拟结果与国内工程实例实测变形资料相对比,发现一致性较好。本研究结果对隧道支护结构的设计以及施工设计具有借鉴意义与指导作用。     

浅埋富水软岩隧道大变形机理与控制研究∗

针对洞口段富水浅埋软弱围岩隧道易发生挤压性大变形的特点,依托某隧道,通过监控量测、室内试验、数值模拟等手段分析隧道的变形特征、影响因素及其致灾机制与力学破坏模式。结果表明,隧洞开挖后变形具有流变特性,且持续时间长、变形量大;此外,上、中台阶开挖造成的拱顶沉降、围岩收敛分别占总变形的 61.16%、63.34%, 是大变形产生的主要阶段;洞内大变形是在多种影响因素的耦合作用下产生的,地下水是造成该软岩隧道大变形的主要控制因素,地下水的软化、渗流是大变形的主要变形机理,破坏力学模式主要有软岩塑流和累进性松脱扩展两种,软岩塑流造成侧墙鼓出、顶压以及钢拱架扭曲等现象,累进性松脱扩展造成垮塌、地表裂缝等现象。数值模拟验证了大变形力学机理的正确性并反演了大变形发展趋势。最终针对该隧道大变形产生的主要原因,提出并实践形成了“内外结合”的主动控制技术：洞外掌子面动态跟进超前降水,洞内“中管棚+小导管”超前支护、上台阶 “核心土+扩大拱脚”、中台阶“临时仰拱+大锁脚”、下台阶“短进短衬,快速支护”,成功穿越 300 m 浅埋富水极软岩段,研究成果可为类似工程提供借鉴。     

松散地层隧道防坍塌控制技术研究

松散砂卵石地层围岩自稳时间极短,开挖后若不支护会立即坍塌,危及施工安全。根据地层特征曲线支护阻力与围岩位移的关系,若围岩自稳时间比支护施工时间短,支护结构要承受较大松散围岩压力,在这种地层中适时的支护时间已没有意义,必须采用合理的隧道防坍塌控制。施工中须根据砂卵石地层工程地质特征、隧道施工方案特点和周围环境的限制要求,合理选择支护措施,有效加固砂体,抑制围岩变形,以解决砂卵石隧道超前支护措施的选取、初期支护参数的优化、变形速率比值判别标准、衬砌结构施工力学行为、砂卵石地层围岩压力分布特征及洞室收敛变形的控制技术难题。研究成果可更好地保障砂卵石地层公路隧道的施工安全。     

基于范例推理的浏阳河隧道风化槽段坍方风险评估

坍方是隧道常见的突发性风险事件.在对已有坍方隧道实例的原因进行了统计分析,并对主要原因进行了力学解释后,进一步应用范例推理方法评估了浏阳河隧道风化槽地段的坍方风险.结果表明:隧道坍方的主要诱因是围岩破碎和降雨,这与断层破碎带处的围岩力学性能差、降水弱化围岩力学性和降低围岩有效应力等有关.浏阳河隧道风化槽地段的范例推理的坍方和梁家山隧道相近,风险为很有可能发生坍方,建议该地段施工中应注重监测信息的反馈并做好超前地质预报.     

断层破碎带内隧道施工围岩稳定性分析

西藏自治区拉萨-林芝高等级公路松多隧道穿越松多F1主断裂和F2断层破碎带,是拉林公路的控制性工程之一。受断裂破碎带影响,隧道围岩较为破碎,隧道涌水量较大,施工及运营过程中容易发生隧道塌方、突水、突泥等地质灾害。基于该地区详细地质勘察资料,利用数值仿真模拟了松多隧道在开挖以及连续降雨情况下的隧道围岩变形破碎过程。研究结果表明:隧道开挖过程中硐腰处易发生垮塌事故,进而影响到整个隧道稳定性;连续降雨情况下导致破碎带岩土力学性质软化,从而进一步降低隧道安全。建议松多隧道在设计阶段加强地质勘察,施工过程进行地质超前预报与现场监测,确保施工安全。     

富水区隧道渗漏病害虹吸排水处置方法模型试验研究

针对隧道渗漏水病害问题,提出了一种新型隧道虹吸排水处置方法。通过室内物理模型试验,分析了虹吸排水作用对隧道围岩地下水的影响。结果表明:虹吸排水系统对地下水位的分布影响较大,虹吸管处地下水位变化尤为明显。降雨强度是影响虹吸排水流量的重要因素,降雨强度增大,虹吸排水流量先增大后维持最大流量不变,降雨所需疏干时间增长。围岩渗透系数与虹吸管径是影响地下水位分布与虹吸排水效果的重要因素,围岩渗透系数与虹吸管径越大,地下水位整体降深越大,虹吸排水流量维持在最大流量的稳定时间越短,地下水疏干时间越短,虹吸排水效果越好。     

金鸡关隧道渗水变形特征研究及其治理

川藏公路雅安金鸡关隧道于1995年元月开始双洞全线通车运行,但是从2001年左右开始左、右隧道均出现了不同程度的渗水变形,并有裂缝以及局部隆起鼓出现象。通过实地勘查和采样分析,结合前人的研究,认为金鸡关隧道的病害主要是地质原因,即灌口组地层中的膨胀性粘土遇水膨胀造成顶拱和路面鼓出隆起变形;溶解了地层中石膏的地下水沿施工造成的环向裂缝渗水重结晶,其诱发因素为地下水。在研究了金鸡关遂道渗水变形特征的基础上,围绕治理表部和隧道周边的地下水提出了相关的治理方案。     

渗流场对地铁隧道沉降与受力影响的流固耦合分析

地下水问题是富水地层地下结构设计与施工中普遍存在的问题。为探讨地下水流动对软岩地铁隧道的稳定性及衬砌支护受力的影响,根据流固耦合理论,采用三维快速拉格朗日有限差分方法,在不同地下水位及排水边界条件下,对开挖后洞室周边场地位移、应力场、孔隙水压力的分布情况进行了综合分析。结果显示,由渗流引起的渗透力一定程度上会增加隧道周边场地变形及衬砌应力。从围岩-支护结构共同作用的原理出发,验证了隧道开挖与支护结构设计时需要考虑渗流效应,反映了地下水确实对隧道稳定性有着重要影响。     

基于流固耦合的坡度对TBM斜井围岩的影响研究

以内蒙古新街台格庙矿区的TBM斜井工程为背景,运用FLAC3D软件建立TBM斜井施工的三维模型,基于流固耦合理论,从孔隙水压力、应力及变形3个方面对TBM隧道和TBM斜井进行对比分析,并研究了坡度对TBM斜井围岩力学特性的影响。研究结果表明:流固耦合条件下,随着施工进度的发展,TBM斜井在拱腰和拱底处的应力和变形值要大于TBM隧道的值。坡度对富水条件下的TBM隧道围岩变形和应力的影响较明显,坡度越大,围岩越易失稳,拱腰处的应力、变形及孔隙水压力变化较大,大坡度TBM斜井施工应重点注意拱腰部位的支护及防排水。研究结果可为富水大坡度的TBM斜井工程设计施工提供理论参考。     

考虑岩石蠕变与损伤的直立层状边坡倾倒模型

倾倒破坏是直立层状岩质边坡失稳破坏的模式之一,目前仅研究了岩石分别为线弹性体、损伤体或蠕变体时在自重作用下边坡倾倒临界高度的计算方法,而实际工程中,岩体则往往同时具有损伤及蠕变特性。为此,针对软岩中同时存在的损伤与蠕变特性,在经典欧拉压杆模型的基础上分别假定岩石为Maxwell蠕变体、基于Weibull分布的统计损伤体及损伤与蠕变共存的复合体等三种模型,获得了相应的边坡倾倒临界高度计算方法,并讨论了相关参数对计算结果的影响。研究结果表明,在直立层状边坡倾倒计算中,应同时考虑细观损伤与蠕变对计算结果的影响,当考虑岩石蠕变性时,边坡倾倒临界高度随时间增加近似呈指数规律下降。     

块石空间定向性对土石混合体力学性质的影响

土石混合体作为一种土和石的特殊混合体,其宏观变形破坏及力学性质与块石的空间定向性密切相关。为了研究块石定向性对土石混合体变形破坏机理的影响,采用二维颗粒流软件中FISH语言编写算法生成不同角度的椭圆形块石,建立土石混合体二维颗粒流数值模型,分别进行了单块石和多块石条件下土石混合体双轴试验数值模拟,对其变形破坏机理进行了深入分析。结果表明:块石角度不同时,土体中裂纹萌生位置不同;随着块石短轴方向与最大主压力轴夹角增大,土石混合体黏聚力先减小后增加,内摩擦逐渐减小;在应力峰值前的应力平缓增长阶段,土体中裂纹迅速增长,在试样强度达到峰值后进入残余强度阶段,裂纹的增速也逐渐降低;块石角度不同时,土石混合体的剪切带破坏形式不同。     

软岩巷道围岩刚柔耦合支护技术研究与应用∗

煤矿开采进入深部开采阶段后,普遍呈现出围岩变形量大、支护构件失效的技术难题。为研究针对性的控制对策,以矿典型高地应力软弱破碎巷道为研究背景,在现场矿压监测、地质雷达探测以及地应力实测的基础上,研究了此类巷道的变形规律。同时基于现场监测及分析成果,提出了以高预应力锚杆、注浆锚杆(索)和“U”型钢架为核心的分步刚柔耦合支护关键技术,并阐明了其具体支护机制。为进一步检验新支护方案的支护效果,在新掘的胶带大巷进行了现场实验,相比原支护围岩松动破坏范围减小了近 50%,顶板下沉量、两帮移近量以及底鼓量仅 163、135 和 107 mm,52 d 内基本实现了巷道变形稳定,取得了良好的支护效果。     

考虑岩体各向异性强度的隧洞围岩稳定性分析

岩体中普遍存在着大量的节理裂隙等不连续面,这些不连续面对岩体的强度有着重要的影响。以具有较密集成组节理的岩体为研究对象,以Drucker-Prager准则和裂隙应力张开准则为基础,分别考虑岩块和节理面各自的物理力学性质,研究岩体在各向异性强度准则下的理论方法,并建立了岩体各向异性本构模型,用以描述节理岩体在强度方面的各向异性及其破坏特征。将该模型用于隧洞围岩稳定性分析工程中,研究表明,该模型可以较好地解释节理岩体围岩的破坏特征,与工程实践相符。研究成果对我国地下石油、核废料储存以及深埋地下工程的设计与施工具有重要的指导意义。     

岩体裂隙连通路径及岩体等效渗透张量参数研究∗

在高放核废料的处置中,掌握地下水在裂隙岩体中的渗流规律是当下的关键问题。以甘肃北山岌岌槽一测区为工程背景,通过现场数据测得的裂隙统计参数,应用编制的 MATLAB 语言程序生成全局域内的离散裂隙网络模型,将三维裂隙以圆盘模拟并简化为变截面圆管单元渗流网络,为考虑边缘效应以圆管作为单元体切割基准。通过比较随单元体尺寸增大的三个方向上的等效渗透系数变化趋势得到表征单元体 REV,并在该单元体中计算渗透张量以及应用 Dijkstra 算法识别对应边界方向的最优路径。结果表明:该测区的渗透系数最值分别为 3.62e^-6 m/s与 9.19e^-7 m/s,水平向渗透性最小,竖直向附近最大,基本符合工程实际。     

岩土矿物与疾病

地方病是与地质环境有一定依存性的疾病。它的致病物质除直接来自人类生产和生活制品外,主要源于自然界的大气、水土、岩石中。换言之,人类生存发育与一定地区的水、土和生物化学元素含量有关,当某些元素含量过高,与人需要量不相适应时,就可能导致人发生某种疾病。归纳与地质因素有关的地方病有甲状腺肿(克汀病)、克山病、硒中毒、氟中毒、铜毒、铅毒症、不孕症、食道癌、肝癌、布鲁氏菌病、鼻咽癌、口腔癌、乳腺癌等。     

多参量综合指标冲击地压预测技术研究

提出了"全局-区域-局部"多参量综合指标冲击地压预测技术,多种预测方法相互协调与配合、优势互补,形成空间上层次化全方位的预测体系,可极大提高冲击地压预测准确性。结合老虎台矿冲击地压发生机理与影响因素,提出利用微震法对采区全局范围内微震事件进行实时监测,划分具有冲击危险区域,全局范围预测冲击地压;利用电磁辐射法监测工作面及巷道近场围岩的应力场和煤岩变形破坏变化状况,确定近场围岩高冲击危险区域,局部范围预测冲击地压;采用矿压监测法和钻屑法对确定具有冲击危险的区域进行重点监测,判断冲击危险程度,对采取防治措施后的防冲效果进行检测;采用采空区气体分析法预测电磁辐射法和矿压观测法等无法监测到的采空区的冲击地压。实践证明:全局-区域-局部"多参量综合指标预测技术的各种预测方法在功能上表现出明显的互补特征,在老虎台矿的冲击地压预报中取得良好效果。     

山体超高岩质边坡治理实例分析

以某厂山体超高边坡为研究对象,详细介绍了该边坡的设计及治理措施。首先根据边坡的地质特点及原始坡率进行边坡坡型的初始设计,之后按照动态设计、信息化施工原则对设计坡型进行优化调整。根据区域地质构造、水文资料和地震情况,定性地判断边坡破坏的趋势和范围;在此基础上,选取有针对性的计算模式进行定量分析,确定边坡的稳定性安全系数并完成其稳定性评价。还介绍了边坡排水系统设计、支护结构设计及支护施工中出现的问题及相应的处理措施。该边坡的安全性评价方法和治理措施对类似超高岩质边坡的处理具有重要的参考价值。     

基于重力加载比例法的岩质边坡稳定性分析

根据岩质边坡的稳定性主要由边坡内部的结构面所控制的特点,采用有限元重力加载比例法对含有一组平行节理面和含两组节理面的岩质边坡进行数值模拟,分析表明:与强度折减法相比,采用有限元重力加载比例法能更加快速地计算出岩质边坡的安全系数,节省计算耗时和人工干预的工作量,并能通过塑性应变的发展分析其破坏过程,确定潜在的滑动面。     

开挖岩体边坡卸荷带宽度的计算方法

卸荷带的判别与计算,直接关系到岩体边坡的长期稳定性及致灾安全性.针对均质岩体边坡,采用弹性理论楔形体力学模型,提出了开挖岩体边坡力学模型,建立了开挖岩体边坡应力的计算方法;从开挖高度、开挖坡度、台阶宽度、岩体粘聚力、内摩擦角及岩体容重等方面,通过敏感性分析,探讨了开挖岩体边坡卸荷带宽度的变化规律,据此采用量纲分析法,建...