基于修正RMR法的深部岩体工程围岩质量评价研究

深部岩体工程具有典型的高地应力、高地温和高孔隙水压等特点,传统的RMR法对评价其围岩质量存在不足之处。通过考虑高压地下水和高地温对岩体力学性质的影响分别引入地下水和地温弱化系数,结合连续性细化方法对传统的RMR法中的岩石单轴抗压强度、岩石质量指标和节理间距等三个评价指标的评分标准进行了修正,获得了三个评价指标值与其对应分值之间的非线性连续回归方程。然后,根据岩体中地应力的大小及岩石强度特征定义了岩体损伤破坏危险度系数,建立了该系数与岩体质量评分修正值之间的对应关系。由此获得了比较符合深部岩体工程围岩质量评价实际的修正RMR法,并用实例表明了其评价结果的合理有效性。     

高地应力条件下Q系统在某勘探洞围岩分类中的应用

西南地区某水电站勘探洞高地应力是一个突出问题,高地应力洞段岩体属于坚硬岩或较坚硬岩,主要破坏方式是岩爆。高地应力区非岩爆岩体中未见结构性流变和软岩塑性流动等变形破坏现象,岩体质量较好。通过对岩体质量分类Q系统在该勘探洞高地应力洞段的应用,发现Q系统对于高地应力区非岩爆段岩体没有给出相应的SRF值;岩爆的发育条件是多方面的,但Q系统对岩爆的发育条件考虑较单一,所以它在高地应力区岩爆段的分类结果不能准确地体现出岩爆的等级和围岩类别。基于这2个问题,本文对Q系统做了相应的修改,以适应该勘探洞围岩分类,从修改后Q系统的分类结果看,效果良好。     

极高地应力软岩稳定性指标优先级及多因素耦合分级∗

极高地应力隧道工程设计施工除了考虑地质构造作用极其强烈以外,强度应力比、地下水、膨胀应力、结构面产状等因素对围岩稳定性的影响也必须考虑,同时隧道轴线与最大应力主方向夹角、隧道断面及面积、岩层厚度及倾角等因素也非常重要。以《工程岩体分级标准》为基础,提出一种极高地应力复杂软岩隧道围岩稳定性因素优先级分析思路,并采用熵权法形成多主因素耦合、次因素修正的围岩分级方法。现场实践表明分级结果与现场施工状态吻合较好,进一步对另两座隧道使用本方法进行验证。结果表明,现行规范中围岩分级因素和方法不适用极高地应力情况,且和影响因素优先级加多因素耦合修正 BQ 值的围岩分级方法结果相差 10% 左右,原因是对极高地应力软岩稳定性影响因素考虑不全面。这种围岩稳定性分级方法具有较好的适用性,且耦合时使用熵权法原理使得结果更加偏向于定量计算,减少了人为因素干扰,结果更加客观真实。     

山区公路隧道围岩分级及参数获取方法研究

公路隧道围岩分级是为正确选择支护结构型式和施工方法、进行科学管理及评价经济效益的基础。该文在对影响山岭公路隧道围岩稳定性的各环境地质因素进行分析的基础上,阐述了公路隧道围岩分级的方法和特点。根据公路隧道不同勘察阶段的精度要求及生产实际情况,提出了工可阶段采用定性分类、初设阶段采用定性为主、定量为辅、施工图阶段采用定量为主、定性为辅、施工阶段视情况采用定性或定量手段的公路围岩分级方法。针对定性评价提出了综合利用规范法、宏观地质分析法、工程地质类比法及经验判断法等分析方法。对定量评价时所需的两个基本指标及三个修正系数,分别提出了多种可行的手段进行获取的方法,并强调加强各种定量指标的综合分析,选用复合性指标,正确进行定量计算与分级。     

基于岩体质量指标Q分类系统的风险分析方法

基于岩体质量指标Q分类系统,应用Monte-Carlo模拟技术,研究了岩体质量风险分析方法。该方法视Q分类系统中各单因素取值为随机变量,建立了各单因素取值概率模型;通过对所建模型的抽样计算,可获取所评价岩体实际Q值小于设计所采用Q值的概率;通过对比分析Q值累计曲线和岩体质量分布图,可得到任意Q值对应的风险概率,查清岩体中可能出现的质量等级以及每个质量等级所占百分比的情况。本文研究成果已在青岛胶州湾海底隧道工程中得到应用,并获得良好效果。     

随机介质理论下隧道围岩渐进破坏过程数值实验研究

将强度折减法引入到隧道围岩安全评价中,结合"浅埋暗挖快速施工双线小间距隧道、盾构下穿立交结构隧道和结构面含有节理、不规则裂隙的山体公路隧道"等工程实例,借助材料真实破坏分析软件RFPA-2D,建立每个强度折减系数下的有限元模型。模型采用了黏弹性人工边界来消除边界条件对计算精度的影响,并借助随机介质理论实现了围岩细观结构单元的非均值性和随机分布的缺陷,揭示了不同工况下隧道围岩的动态渐进破坏过程、基元相变损伤演变机理和岩体结构面破坏特征,认为隧道围岩的宏观破坏是由岩体非线性材料细观单元的非均值性造成的,计算结果借助不同折减步中裂纹发展趋势和单元破坏的数量判断隧道围岩是否失稳破坏,并计算出具有安全储备意义上的安全系数。同时,结合ABAQUS和RFPA-2D两种不同有限元模型,对比分析了随机介质理论和连续介质理论结合强度折减法在隧道围岩稳定性评价中的差异。     

结构面长期强度确定方法对比研究∗

结构面长期强度的确定对工程岩体长期安全稳定性评价具有重要意义。在对水泥砂浆结构面试件分别进行了不同法向应力条件的剪切应力分级剪切蠕变试验和循环剪切应力松弛试验的基础上,分别利用过渡蠕变法、应力-应变等时曲线法和应力松弛法对结构面的长期强度进行了求解。结果表明:过渡蠕变法确定的长期强度精度依赖于蠕变试验中加载应力级的划分;等时曲线法将长期强度值视为考虑时效作用的屈服强度值,结果偏保守;应力松弛法考虑了循环加载条件应力松弛的终止条件和长期强度之间的关系求得,结果合理明确。该研究对考虑时效作用的工程岩体安全稳定性支护提供设计依据。     

大断面隧道软弱围岩-支护系统稳定性分析

采用室内试验研究手段获得隧道围岩力学特性,以Mohr-Coulomb弹塑性模型及应变软化模型为基础,采用FLAC3D数值模拟软件,构建三维数值模型,计算深埋隧道围岩特征曲线及纵剖面变形曲线,并对隧道围岩及支护结构安全性进行评价。结果表明:采用弹塑性模型计算所得的隧道围岩安全系数低于应变软化模型所得的安全系数,表明采用弹塑性模型进行支护结构设计时,支护结构安全性较低,设计中可能会增加支护材料费用,而考虑应变软化条件下的围岩安全系数更加接近于工程实际;采用极限应变值或支护结构极限承载压力所获得的围岩—支护系统安全系数较为接近,说明两种方法的差异较小,均可用于隧道围岩支护结构优化设计,采用收敛—约束法计算隧道安全稳定性更加直观,对工程实际具有一定指导作用。     

大断面隧道软弱围岩-支护系统稳定性分析北大核心CSCD

采用室内试验研究手段获得隧道围岩力学特性,以Mohr-Coulomb弹塑性模型及应变软化模型为基础,采用FLAC3D数值模拟软件,构建三维数值模型,计算深埋隧道围岩特征曲线及纵剖面变形曲线,并对隧道围岩及支护结构安全性进行评价。结果表明:采用弹塑性模型计算所得的隧道围岩安全系数低于应变软化模型所得的安全系数,表明采用弹塑性模型进行支护结构设计时,支护结构安全性较低,设计中可能会增加支护材料费用,而考虑应变软化条件下的围岩安全系数更加接近于工程实际;采用极限应变值或支护结构极限承载压力所获得的围岩—支护系统安全系数较为接近,说明两种方法的差异较小,均可用于隧道围岩支护结构优化设计,采用收敛—约束法计算隧道安全稳定性更加直观,对工程实际具有一定指导作用。     

土石围堰边坡安全性研究

结合山西天桥水电站除险加固工程中的土石围堰的边坡,提出了采用安全系数和失效概率来综合评价其安全性。采用工程上常用的瑞典条分法建立极限状态方程,考虑土体内摩擦角、粘聚力为随机变量,利用蒙特卡罗法求解边坡的可靠度指标,并对边坡稳定性分析中最重要的评价指标安全系数与可靠指标的关系进行了探讨。结果表明,采用安全系数和可靠概率综合评价土石围堰边坡的稳定性能更好地了解工程的实际安全状况。该方法为土石围堰边坡的安全性评价提供了一种参考。     

顺层滑坡的发育环境及分布特征

顺层坡是山区铁路、公路和水利水电工程建设中常见的一类斜坡，也是极易失稳滑动的一类斜坡，其稳定性及其影响因素一直是工程技术人员关心的问题。在现场勘测和调查的基础上，对涪陵市至酉阳县龙潭镇渝怀铁路沿线顺层滑坡的发育环境及其分布特征进行了系统的统计分析，结果表明：岩层中的软弱夹层、构造变动时形成的层间错动面及因河流切割而形成的有效临空面是顺层滑坡发育的基本条件；暴雨是斜坡滑动的重要诱发因素；滑坡发育程度随坡高的增大而增大，随岩层走向与斜坡临空面走向间夹角的增大而减小，同时具有凸形坡大于直线坡而直线坡大于凹形坡的规律。     

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。     

流域防洪体系防洪安全评价研究

提出了防洪安全评价的概念，建立了防洪安全评价指标体系；提出利用熵值法确定指标权重，采用多层次模糊优选评价模型对防洪安全进行评价；以辽宁省辽河流域为例，对不同历史时期防洪安全状况进行了比较，结果与实际相符。     

岩溶地区双连拱隧道超前地质预报及施工技术研究

岩溶地区修建双连拱隧道难度较大,岩溶探测、支护方式选择等成为施工的关键问题。依托广西宜河高速公路某连拱隧道,根据围岩等级分别制定Ⅲ级、Ⅴ级围岩施工和支护方案,施工期间采用超前地质雷达探测隧道掌子面前方未开挖岩体,通过分析雷达反射波波形图,预测隧道中导洞存在4处溶洞,隧道开挖过程中揭露了3处溶洞,与地质雷达探测结果基本一致,证明了超前地质雷达的可靠性和重要性。针对溶洞地段采用Ⅴ级岩体支护方案,即采用套拱进行溶腔的加固处理,监测数据显示其变形基本值为0,表明该加固处理方法的可靠性。     

基于颗粒离散元法描述岩石断面形貌的方法研究

破裂面作为岩石破坏之后最为直观的观测对象,其中蕴含着大量与破坏过程相关的细观信息,通过室内断口粗糙度扫描试验对破裂面进行分析不仅耗时耗力,而且试样最终断裂表面覆有大量白色岩粉会导致破裂面信息在扫描过程中出现不同程度的丢失。因此提出一种基于数值模拟的细观破裂面拟合方法,通过PFC~(3D)对不同应力路径下大理岩的变形破坏过程进行细观模拟,基于裂纹形成过程中的三类位移场与破裂面之间的关系,对试样最终破裂面进行提取与重建。结果表明:通过该方法拟合所得破裂面同室内试验所得真实岩样破裂面的粗糙度信息及破坏特征基本一致,可以很好地反映不同应力路径下试样破裂面的差异性。     

大型抽水蓄能电站场地地震动效应及设计地震动参数研究

大型抽水蓄能电站往往建于山区的沟源坳地,场地地形复杂,各工程场点高差大。结合某大型抽水蓄能电站工程的具体情况,根据工程场地岩土参数原位测试及试验室试验结果,采用二维波动有限元方法研究复杂场地条件下的场地地震动效应,计算确定了50年及100年设计基准期对应超越概率63%、10%、5%、2%共8个设防水准的地震动参数,并通过不同高程处地震动参数的对比分析,研究了地形地貌对场地地震动效应的影响,得到一些有价值的结论。研究成果已在具体工程设计中采用,该成果对其它同类工程也有一定借鉴作用。     

隧道围岩Vague集可拓安全评估模型

为提高公路隧道围岩分级的准确性,丰富风险评级方法,首先基于可拓物元理论,对实测数据进行无量纲化处理并转化为Vague集.然后通过AHP法和熵权法得到主客观权重,进而构建区间权重并按照隶属度与非隶属度距离最大化原则进行优化.最后建立基于Vague集的可拓安全评估模型,并结合工程项目进行案例分析,结果与实际监测数据一致.     

中蒙边境典型草原可燃物热解动力学研究

以中蒙边境(包括东乌旗、二连浩特市、新巴尔虎右旗)的草原可燃物为研究对象,利用STA 6000热重分析仪,采用热重分析法以5 ml/min,10 ml/min,20 ml/min,30 ml/min的氧气为载气,在空气气氛下,升温速率分别为40℃/min,60℃/min,80℃/min时对三个地区草原可燃物的热失重行为进行研究。利用TG-DTG曲线分析典型草原可燃物的热解特性,运用Coats-Redfern积分法和Flynn-Wall-Ozawa法得出在不同氧气浓度下的热解活化能和指前因子并求得相应参数。中蒙边境三个地区草原可燃物的热解过程分为三个阶段:水分析出阶段、快速热解阶段和碳化阶段。其中快速热解阶段的温度在270℃~450℃之间,此阶段中升温速率越快,温度滞后现象越明显;通氧速率越快,温度超前现象越明显。Flynn-Wall-Ozawa法在进行参数计算过程具有更小误差,所以较Coats-Redfern积分法更适合本次研究。热解过程及动力学参数分析表明,三个地区具有相同的热分解过程,引发火灾危险程度为:新巴尔虎右旗<东乌旗<二连浩特,因此,二连浩特市的草原可燃物较另外两地区更易燃烧,应加强草原火灾的预防和管理。