软岩大断面隧道二次衬砌支护时机的选择研究

为探明软岩大断面隧道开挖后围岩的变形与支护时机的相关关系,利用监控测量数据反演分析中获得的蠕变参数,校正ABAQUS的D-P蠕变模型;在此基础上建立数值计算模型,对具有代表性的围岩进口浅埋段、出口浅埋段和洞身段进行了相关的数值分析,研究软岩大断面隧道岩体的变形规律和支护时机之间的关系;通过埋设现场监控量测点对二衬支护时机的结果进行了验证。研究结果表明:出口和进口浅埋段的V级围岩,开挖后岩体的变形速率大、时间短,选择以最终位移量的80%为最佳支护时机,二衬的最佳支护时机为隧道开挖支护后的15 d左右;洞身段IV级围岩具有变形速率小、时间长,以最终位移量的90%为最佳支护时机,洞身段二衬的最佳支护时机为隧道开挖支护后的30 d左右。现场验证表明,选择的二次衬砌支护的时机是可行的。     

岩体声发射技术在金川二矿区的应用

岩体声发射技术是利用岩体变形破坏过程中产生应力波的强弱,来监测岩体的安全状态。针对金川二矿区地压大、岩体破碎的特点,金川公司先后在二矿区１１５０ｍ水平二期快进巷道、８０１采场、１４３８ｍ水平１２＃采场进路等处进行了应用岩体声发射预报矿岩体和充填体安全状态的试验。在对试验过程和监测结果进行分析的基础上,初步建立了金川二矿区矿岩体和充填体安全状态与声发射参数的近似关系,为实现金川二矿区安全管理的定量化进行了有益探索。     

大型露天矿山采场边坡安全分析与对策

正本文借助FLAC~(3D)数值模拟分析软件,通过建立大型露天矿山采场边坡的概化模型,来研究该边坡在不同开采阶段的应力应变问题,并提出维护边坡安全、稳定的建议措施。矿山边坡在开挖过程中将引发周边岩体的应力重新分布,并伴随一定的位移。分析边坡因开挖引起周边岩体的应力、位移变化规律,有助于准确判断边坡在开挖后的稳定与否。但传统的经验分析及理论计算难以     

地下隧道深基坑仰坡开挖与支护数值模拟及安全性分析

为了降低地下隧道深基坑施工风险，避免基坑仰坡开挖过程中造成坍塌事故，以重庆九号线从岩寺站的隧道掘进机始发洞口深基坑工程为背景，对基坑南侧仰坡的分级分层开挖进行数值模拟，分析在不同支护方式下仰坡开挖产生的围岩变形规律与特征，并结合现场实时监测数据对深基坑开挖过程进行安全性分析。结果表明，深基坑仰坡实测水平位移与数值模拟结果变化规律基本一致，计算模型反映了基坑因开挖而引起的水平变形，数值模拟结果合理。深基坑仰坡水平位移随开挖深度增大而增大，最大值位置从二级坡中点附近逐渐下移到一级坡中点附近；采用喷锚支护的支护方式，相比单纯锚杆支护与未支护下的基坑开挖，支护效果更加显著，最大水平位移有明显减小，表明该深基坑采用的开挖与支护方案是安全有效的。     

不同应力条件下裂隙岩体广义流变特性及稳定性研究

裂隙岩体开挖后形成扰动区，随着时间的延长，应力和应变同时变化的这种流变现象确实存在，在刚性支护后，随着时间的延长，强度会恢复，且在强度恢复过程中应力和应变又同时变化，这种流变现象用一般的蠕变和应力松弛很难解释清楚，通过广义流变来研究不良地质裂隙岩体的稳定性和长期强度非常重要。首先，对广义流变特征、力学机制进行了总结分析，将隧道开挖扰动区分为开挖破碎区(Excavation Fracture Zone, EFZ)、开挖损伤区(Excavation Damaged Zone, EDZ)和原岩弹性区(Inner Elastic Zone, IEZ),将峰后卸荷损伤区(Unloading Damage Zone, UDZ)和塑性流变区(Plastic Disturbed Zone, PDZ)合并为广义流变损伤区(Generalized Relaxation Disturbed Zone, GRDZ),重点探讨了不同裂隙岩体开挖扰动区岩石广义流变的工程物理意义；然后，开展了不同条件下的广义流变试验，得到裂隙岩体开挖扰动区岩石的广义流变特性；对比分析了单轴压缩、单轴拉伸和三轴压缩条件下广义流变特征...     

特大采空区处理及监测方案设计研究

分析国内采空区的现状及其处理的一般方法,针对广西北山矿业有限责任公司4#特大采空区具有体积大、形状不规则等特征,根据采空区现场调查情况和地表允许塌陷的特点,给出了采空区顶板条形药室大爆破崩落处理方案,为保障采空区综合治理工程在施工过程中的安全,制定了地压监测和位移监测方案。采用声发射、巷道收敛位移和岩体张开裂纹位移等监测技术手段,利用声发射仪、收敛位移计和游标卡尺等监测仪器,构建了系统的地压和位移监测网络,明确了监测内容、监测频率和预警制度。工程实际表明:该监测方案可以为条形药室施工、装药及爆破施工过程提供安全保障。     

深埋水平岩层隧道开挖稳定性分析及控制*

针对深埋高地应力水平岩层掌子面开挖稳定性及支护结构失效问题,以大峡谷隧道为工程背景,通过现场测试、室内试验、数值模拟等方法,探究深埋高地应力水平岩层失稳机理及控制措施。研究结果表明:坚硬岩体被节理面切割后,在高地应力作用下容易发生挤压破碎,破碎岩体遇水发生软化,导致掌子面发生大范围塌方,初支和超前支护失效;隧道开挖后岩层发生不均匀沉降,浅部岩层最先发生弯折破坏,层内块体错动滑移,继而向上方岩层发展,并伴随层间分离和层内裂隙发育,最终形成宏观破裂面;提出的台阶法、2 m开挖进尺、砼喷层、双层小导管、提高初支强度的整体优化控制措施,可有效提高现场支护效果。     

强震区跨断层隧道纤维混凝土衬砌抗震效果分析*

为进一步提高高烈度地震区跨断层隧道在地震时的安全性和稳定性,依托天坪寨隧道F1断层段,通过有限元数值计算软件ABAQUS对纤维混凝土隧道衬砌的抗震效果进行研究。分析素混凝土二衬结构、钢-玄武岩混杂纤维混凝土（SBHFRC）二衬结构及钢纤维混凝土（SFRC）二衬结构的位移、应力及安全系数的变化情况。结果表明:SFRC衬砌结构最大横向、纵向位移分别增大12.57%,1.43%,竖向位移减小33.83%,SBHFRC衬砌结构的最大横向、纵向、竖向位移分别增大6.69%,22.35%,25.32%;SFRC二衬最大、最小主应力分别增加26.09%,19.69%,SBHFRG二衬最大、最小主应力分别增加3.16%,2.16%;SFRC二衬与SBHFRC二衬的最大剪应力分别增加20.82%,2.23%;衬砌结构采用SFRC和SBHFRC时的安全系数分别提高59.72%,54.74%;二衬结构采用SBHFRC时抗震效果优于采用SFRC时的抗震效果。研究结果可为强震区跨断层隧道抗震设计提供依据。     

在建车站下穿既有车站开挖过程仿真及监测对比分析

为研究在建车站基坑施工对既有车站的影响特性,以昆明市地铁4号线某车站下穿同站已运营地铁1号线为工程背景。采用ANSYS软件构建车站基坑数值分析模型,对车站基坑密贴下穿开挖过程进行模拟,分析既有车站结构变形规律,并基于实测数据对模型进行验证分析,绘出施工过程与车站结构位移变化对应特征曲线,同时利用模拟结果预测基坑施工过程中可能发生最大变形的位置,以此指导后续施工。结果表明:主体结构各项位移及轨道高差都满足规范要求;临近地铁隧道的深基坑开挖会引起隧道不同程度的位移,变形规律与开挖工况及距基坑远近密切相关;轨道几何部位最大水平位移-2 mm,轨道间距2 mm,变形所受影响较车站主体及道床影响大。     

基于修正莫尔库伦的基坑开挖对隧道安全影响研究

为分析基坑开挖对临近地铁隧道的影响,以某基坑工程为研究背景,结合修正-莫尔库伦本构关系,采用Midas GTS NX构建三维地层结构模型,通过仿真分析基坑开挖前后隧道水平、竖向位移的变化规律及特征点.结果表明:基坑开挖会导致地铁隧道结构产生水平收缩的趋势,隧道最大沉降和隆起点从远离基坑的外侧隧道向靠近基坑的内侧隧道转移...     

围压卸荷条件下砂岩损伤与动态破碎特性研究

为研究深部高应力岩体开挖卸荷对围岩的影响,运用自制的带轴向静压和围压装置的霍普金森压杆(SHPB)设备,开展不同速度围压卸荷试验。结合围压卸荷过程砂岩试样声发射特性及动态加载后试样破碎块度分维特性,分析围压卸荷速率对试样损伤的影响。试验结果表明:当卸荷速率在0.5～10 MPa/s范围内变化时,砂岩损伤、声发射能量及破碎分形维数随围压卸荷速率增大而增大;但当卸荷速率增大到200 MPa/s时,砂岩损伤、声发射能量及破碎分形维数反而减小。在一定范围内提高围压卸荷速率,有助于提高砂岩试样裂隙发育及损伤程度。     

在高地应力作用下近水平岩层隧道掌子面稳定性分析及控制*

为了研究大峡谷隧道开挖中掌子面大范围塌方及支护失效问题,分析现场水平层状围岩失稳特征,基于3DEC离散元软件探究掌子面失稳机理,提出塌腔处治及支护整体优化控制措施。研究结果表明:掌子面塌方主要表现为顺层滑移、挤压离层、局部掉块。开挖后拱顶沿水平层理面发生离层,导致掌子面分层垮落,层间错动掉块。围岩拱顶块体呈斜向下45°变形发展,掌子面中部和底部呈平行隧道轴向变形发展,根据塑性区和剪切滑移区扩展范围,最终形成宽5 m、高4 m的塌腔,掌子面前方岩体受影响深度3~4 m。对易塌方段提出台阶法开挖等控制措施,现场监测洞周位移收敛量不超过5 cm,整体优化后支护效果明显。     

岩体声发射特征现场测试

在矿山井下巷道中采用静态胀裂剂破裂岩体、检测记录这一过程中的声发射（ＡＥ）信号。结果表明，岩体声发射活动峰值宏观裂纹出现，声发射信号频谱分布范围宽广，信号在岩体中传播时衰减十分迅速。     

白云岩单轴压缩试验声发射特性研究

在单轴压缩条件下,进行白云岩破坏全过程的声发射试验研究,得到应力、声发射特性与时间的关系,并研究了岩体的Kaiser效应。结果表明:（1）岩石单轴压缩破坏过程中并不是所有试验岩样有具有典型的声发射特征阶段,部分岩样AE曲线中可以找到Kaiser效应特征点,但是多数岩样的Kaiser效应特征点不明显;（2）岩样的AE现象在应力达到峰值前会经过一个平静期,而在岩石发生破坏直至彻底破坏阶段,AE现象明显增加,这个先平静后剧增的过程可以作为预报岩爆发生的一种警示信号;（3）大多数岩样都在AE能量达到最大时发生彻底破坏。     

临近深基坑的高边坡稳定性动态监测及险情分析

结合工程实例对由基坑与边坡组成的复杂体系的变形特征及支护结构工作特性进行了研究.周边环境复杂的基坑采用桩锚支护结构,局部采用土钉墙;基坑南面侧壁紧邻高边坡,边坡支护结构采用锚喷体系,在基坑开挖过程中监测基坑支护结构顶部水平位移、深层土体位移以及锚索轴力,并重点监测边坡变形和锚索拉力.结果表明,桩锚支护结构能有效控制基坑变形,在基坑开挖过程中锚索轴力呈现波动增加或减小.降雨会导致边坡锚索轴力增加,相邻锚索张拉可导致锚索预应力损失达10%以上.在开挖过程中边坡某些部位多次出现变形过大并导致边坡出现险情.在分析研究结果的基础上提出了抢险及加固方案.     

喀喇昆仑公路深埋隧道岩爆特征及影响因素分析

为研究板块碰撞区高地应力条件下隧道开挖过程岩爆的致灾特征,确保施工安全,以喀喇昆仑公路2号隧道为工程依托,通过对隧道施工期间1 110次岩爆记录深入研究,分析总结出岩爆的运动类型、发生位置、坑口性状、岩体散落等方面的基本特征,以及岩爆次数与埋深、开挖暴露时间、掌子面距离关系等岩爆特征规律.根据岩爆特征,并结合室内岩体物理力学性质试验成果和区域地质环境条件,综合分析认为2号隧道岩爆的发生是受区域挤压构造应力场、片麻岩脆性指数高、最大水平主应力方向与隧道轴线大角度相交、高山峡谷谷底应力集中、岩爆段干燥无水、隧道断面形状及开挖方式等因素影响,其中区域挤压构造应力场对岩爆的发生起控制作用.并在此基础上,提出了对围岩实施喷水软化、调整爆破参数、在掌子面钻超前卸压孔等有效的岩爆预防措施,在一定程度上降低了岩爆的发生概率.研究结论为今后在高地应力环境下建设地下工程避险岩爆灾害提供了一些认识和理解.     

深部采场进路开采顶板稳定性分析与支护设计

为降低深部矿体开采中冒顶事故的发生概率,确保井下安全开采,采用Q系统分级法、RMR岩体分类和BQ分级法对矿区岩体进行质量评价,结合块体理论和三维有限元分析进路开挖后顶板的稳定性。研究表明:部分岩体在进路开挖后顶板处出现较大拉应力集中,抗拉稳定性降低,极有可能出现冒顶事故。针对这类不稳定岩体,提出永久巷道采用锚喷支护,临时巷道采用锚杆穿带支护;并运用悬吊理论、组合梁理论、屈服强度理论和安全系数法分析支护条件下进路顶板的稳定性,优化支护结构参数。通过振弦式锚杆应力计收集现场未支护巷道与支护巷道轴向力,得出该支护设计对开挖后岩体变形起到了明显改善作用。     

地铁隧道开挖安全关键位置分析及预测研究

为明确隧道开挖时易于引发安全事故的关键位置并预测地层变形趋势,以保证隧道施工和周围构(建)筑物的安全,采用Ansys通用有限元软件对北京地铁7号线广双区间隧道开挖过程进行了数值模拟分析,并结合实际监测结果对隧道开挖过程中地层变形和应力重分布的变化规律和安全关键位置进行了总结;通过对随机介质理论方法的优化研究,推导出简单可行的优化计算公式。结果表明,隧道开挖中拱顶、拱腰和拱脚位置为变形较大和应力分布集中的关键安全位置,优化后的随机介质法计算公式用于地表沉降的安全预测分析是可靠的。     

大型地下方厅多导洞施工力学效应分析

针对北京城铁 13号线东直门站地下方厅开挖跨度大、覆盖层薄、地质条件极差的施工难题 ,笔者采用三维有限元数值模型 ,模拟开挖支护施工流程 ,考虑到围岩介质的复杂特性 ,施工作业方式 ,包括分布开挖工序 ,支护结构形式和施作时机 ,以及开挖面推进过程中的空间效应 ;按形变压力理论 ,选用“连续体”计算模型 ,采用增量变弹性法和增量叠代的混合法进行计算分析 ,对多导洞开挖支护施工方案进行了计算分析 ;基本掌握了在覆土厚度小的情况下开挖大跨平顶直墙方厅时 ,周围土体的应力分布特征和变形特性 ,对于优化施工方案、修改支护参数、采取局部加固措施起到了重要作用。实践表明采用多导洞施工方案是科学合理的 ,有利地保证了周边环境和施工安全。     

循环载荷下煤样变形及声发射特征试验研究

为预防煤岩动力灾害,有必要研究煤样在疲劳破坏过程中应力水平对裂隙演化的影响。采用岩石力学试验机与全信息声发射信号分析仪组成的试验系统,研究不同应力水平循环作用下煤样的变形和声发射特征,并探讨声发射参量与裂隙演化的关系。结果表明:在等幅循环载荷下,煤样的变形过程有减速、匀速和加速3个阶段,滞回曲线呈现疏-密-疏的变化规律,并且滞回环的疏密程度及疲劳寿命与上限应力水平正相关;循环过程中煤样的声发射特征也表现出明显的阶段性,可分为降低、稳定和升高阶段,且应力水平越高,各阶段的声发射活动越剧烈;与声发射活动呈现的阶段性特征相对应,煤样裂隙演化过程可分为初始损伤、微裂纹稳定发展、裂纹贯通破坏阶段,并且随应力水平的增高,单次循环中煤样裂纹的萌生和扩展发育越快。