断层破碎带突水最小安全厚度的筒仓理论分析

隧道临近富水断层破碎带时易发生突水突泥灾害,防突岩盘最小安全厚度的确定是关键问题.为此,基于筒仓理论和极限平衡方法,分别建立隧道轴线与掌子面正交和平行时的断层破碎带突水力学模型并且推导防突岩盘所受地应力的计算公式.在此基础上,得出富水断层破碎带突水突泥的力学判据,并分析断层破碎带宽度对防突岩盘最小安全厚度的影响.最后,将理论研究成果应用于永莲隧道和祁连山隧道工程中.理论分析表明:断层破碎带宽度小于200 m时,断层破碎带宽度对防突岩盘最小安全厚度的确定影响显著.经过计算,永莲隧道的防突岩盘最小安全厚度为7.34 m,实际工程中未预留足够安全厚度而发生突水事故;祁连山隧道F6、F7断层破碎带的防突岩盘最小安全厚度分别为10.22和11.59 m,实际工程中预留了12 m顺利通过断层带,表明理论计算值与工程实际比较符合,具有一定的可靠性.     

不同施工工法对断层隧道的力学响应分析

断层破碎带是隧道施工中常见的不良地质构造,在断层破碎带附近施工时常常会引发围岩失稳甚至塌方等问题。因此依托某高速公路隧道,利用FLAC3D建立三维分析模型,研究施工方法对隧道围岩稳定和支护结构的影响,计算结果表明：在3种施工工法下,断层破碎带位置围岩的拱顶沉降值和拱底隆起值显著大于围岩正常段的,同时初期支护结构在断层破碎带和围岩正常段交界处的受力最大。环形开挖预留核心土工法施工引起的拱顶沉降最大值为51.45 mm,拱底隆起最大值为121.25 mm,初期支护结构的主应力最大值为15.27 MPa,各项数据均优于其余两种工法的对应值,表明该工法对保持围岩稳定效果最佳。现场监测结果也表明断层破碎带附近的拱顶沉降值要大于围岩正常段的拱顶沉降值,在现场施工中要加强断层破碎带位置处的监测并做好安全措施。     

高密度电法在老山隧道勘察中的应用

应用高密度电阻率法勘察宁淮高速公路南京老山隧道工程，查明了隧道YK5＋280～ZK5＋540段的地层分布和构造特征，并推断出鹰嘴山断层的位置和产状，结合勘察资料证明该断层为高角度逆断层。预测出隧道和断层破碎带相交处为浅部裂隙岩溶含水带中的优良导水带，该处涌水的可能性很大，其推断结果在施工中得到证实。说明高密度电法是进行隧道勘察和构造裂隙岩溶富水带探测的一种可靠手段。     

断层破碎带隧道围岩稳定性分析

为研究断层破碎带隧道开挖过程中围岩稳定性以及拱顶沉降变化规律,对某断层破碎带隧道施工过程实施了监控,并采用回归分析的方法预测了该隧道两个断面的最终沉降.以该隧道为原型,基于有限元原理与岩体的弹塑性本构关系,采用ADINA软件,建立了有限元模型并进行了隧道开挖过程的模拟计算并预测了最终沉降.模拟计算结果表明:隧道开挖过程中最大垂直位移始终位于拱顶,上台阶左侧及上台阶右侧土体开挖后,拱顶下沉及周边收敛速率增大.现场监测结果与有限元模拟结果都证实了在断层破碎带围岩中采用预留核心土的隧道开挖方法能够有效控制拱顶沉降并预防塌方、冒顶等事故的发生等.研究成果可为隧道围岩稳定性研究提供理论依据,为隧道施工提供技术支持.     

某特长公路隧道F2断层处突水涌泥综合处理方法

在建的某隧道为岩溶发育的特长公路隧道,存在断层、破碎带等,地质情况复杂多变。在施工过程中发生了突水、涌泥灾害,造成了严重坍塌事故,导致施工受阻。通过对隧道突水、涌泥及坍塌地质灾害产生的原因进行详细的分析研究,最后采用了多点集中排放,降、排、防相结合的措施,高压劈裂注浆并结合负压排水,三台阶施工方法施工,对F2断层坍塌处进行了加固,达到了预期的效果,对同类工程具有一定的参考和借鉴意义。     

基于地质编录和探地雷达的隧道断层破碎带超前预报技术

为了提高断层破碎带的地质预报判读精度,提出了一种基于地质编录与探地雷达相结合的综合超前预报技术。以广西六寨至宜州高速公路关西隧道为依托,通过分析区域地质资料获得地质编录信息并提出预报方案;依据局部揭露不良地质体的产状、分布位置等,通过倾角变换计算其边界范围和影响长度;当接近断层破碎带及受其影响的地质地段时,采用探地雷达实施更精细准确的短距离预报。结果表明,探地雷达能较为准确地识别出破碎带及其影响范围内围岩的破碎性、富水性、不良填充体等微观"病灶",与宏观地质编录分析相结合能较为准确地对断层破碎带实施预报。     

地质雷达在米亚罗隧道超前地质预报中的应用

地质雷达是浅层地质勘探的有效方法,应用于预报裂隙带、断层破碎带、富水区围岩、岩溶洞穴等不良地质灾害。本文结合米亚罗隧道施工进行超前地质预报,通过对雷达波穿越该隧道不良地质的反应特征的分析,对不良地质和掌子面前方岩体构造情况做出准确预报,为保障施工安全提供有效指导。     

富水构造区圆形隧道抗突体最小安全厚度解析解

隧道掘进前方存在富水溶腔时,掌子面与富水岩溶溶腔之间的抗突水岩体（抗突体）厚度会随着隧道掘进逐渐减小,一旦达到极限厚度会引发突水灾害。准确预测抗突体最小安全厚度,可有效避免岩溶富水区隧道突水灾害发生。针对隧道掘进前方岩溶溶腔水压作用可能导致抗突体发生剪切破坏和弯曲破坏两种模式,建立了相应的抗突体力学模型并据此采用抗剪强度准则、抗弯强度准则、弹性薄板理论计算出抗突体最小安全厚度。本文方法计算结果与基于固支梁弯曲理论、岩柱剪切理论、突变理论得到的结果较为吻合。参数敏感性分析结果表明：（1）隧道埋深较深时抗突体易发生弯曲破坏,而隧道埋深较浅时抗突体易发生剪切破坏;（2）抗突体最小安全厚度与隧道开挖半径、岩溶水压、泊松比呈正相关,且影响程度从大到小顺序依次为隧道开挖半径、岩溶水压、围岩泊松比;（3）模型边界条件会影响抗突体最小安全厚度,当隧道开挖半径R < 6 m、岩溶水压Pw < 0.35 MPa时最小安全厚度可按边界简支情况计算,当隧道开挖半径R ≥ 6 m、岩溶水压Pw ≥ 0.35 MPa时最小安全厚度需按边界固定情况计算。最后结合一座发生突水的岩溶隧道案例,将对应参数代入弯曲I型表达式计算出最小安全厚度与工程中预留的厚度总体一致,表明本文最小安全厚度解析解是合理的。     

CSAMT法在高黎贡山隧道方案评价中的应用分析

结合高黎贡山隧道可控源音频大地电磁法的应用实例,详细论证了这种方法在隧道方案比选中的应用。通过物探资料对三个方案隧道的地层岩性、地质构造,特别是对深大活动断裂的分布位置、破碎带宽度及隧道围岩的完整程度作了详尽的分析和解释,并对物探判释的隧道洞身穿越断层破碎带、物探Ⅴ类异常（极破碎或富水岩体）和物探Ⅳ类异常（破碎或含水岩体）的长度进行了统计,从物探的角度对三个隧道方案进行了评价,为隧道的方案比选提供物探基础资料。     

含水砂层隧道施工控制技术

文章以兰州至中川机场九合二号隧道为工程背景,首先采用摩尔库伦准则和新意法原理,对含水砂层掌子面的失稳机理进行解释,接着针对掌子面的失稳机理,在隧道施工前进行降水和集水明排等方案,使得隧道开挖在无水状态下进行,然后对掌子面前方土体进行深孔注浆加固,提高地层的强度和刚度,在施工过程中,综合采用双层临时仰拱和临时插板的方式,对隧道轮廓和掌子面地层施加人为的约束,提高隧道的稳定性。     

含黏粒砂土地层浅埋盾构隧道开挖渗流稳定性试验

针对含黏粒砂土地层浅埋盾构隧道开挖渗流稳定性问题,设计制作了主要由模型箱、水循环系统、盾构隧道与开挖面模型、饱和地层模型和量测系统组成的试验装置。通过模型试验,量测开挖面逐渐失稳过程中的地层沉降和开挖面饱和土压力以及前方地层孔隙水压力。结果表明:渗流条件下,开挖面前方地层孔隙水压力,会因地层黏-砂比的增大而增大,且会随开挖面体积损失的增大而增大;渗流会使开挖面极限有效土压力明显增大,开挖面极限有效土压力与地层黏-砂比基本上呈线性增加关系;地层极限失稳范围主要取决于开挖面前方和后方以及横向的破裂角,其中,后方破裂角受地层黏土含量和渗流的影响不大;无渗流时,地层极限失稳范围会因黏-砂比的增大而增大,而有渗流时,地层极限失稳范围会因黏-砂比的增大而减小。研究成果改进了对含黏粒砂土地层浅埋盾构隧道开挖渗流稳定性的认识,可以为实际工程以及有关的稳定性极限分析提供参考。     

水下隧道施工的三个关键环节

隧道穿越上部临近区域存在大量补给水源的区域时,施工中必须把握3个关键环节,即进行超前探水,对富水区进行注浆堵水,并建立防灾预警及逃生系统以确保施工安全.基于此,对如何实施水下隧道安全施工进行了分析探讨.     

大理岩剪切裂隙渗流特性

针对高水头抽水蓄能电站、高坝枢纽工程和深埋隧洞工程的建设和运行中,由于高水压造成的突涌水及岩体失稳问题,以大理岩为例,研究了大理岩剪切裂隙渗流规律.试验结果表明:径向渗流试验中,渗流过程符合达西定律,水头压力与流量呈线性关系;裂隙面中局部张拉破坏的特征对渗流起到了阻碍作用;法向力对裂隙渗流的影响显著,在法向应力从14 MPa升至19 MPa过程中,渗流通道随法向力的增加出现了闭合现象,裂隙中形成了大面积死水区,渗流特性表现出突变.     

考虑渗透各向异性的水下非圆形隧道渗流场解析

矩形、直墙曲拱形、多圆心形等非圆形隧道在工程建设中越来越常见,自然界土体多为渗透各向异性介质也是一个基本事实,目前水下隧道渗流场研究尚未综合考虑上述两种情况。本文以2个相互垂直的渗透系数表示隧道洞周土的渗透各向异性,基于坐标变换和保角映射法,给出了在渗透各向异性半无限多孔介质水下非圆形隧道的渗流量及水头的解析式。以某水下隧道为依托,通过数值模拟验证了解析解的正确性。并且研究发现：不考虑洞周土渗透各向异性将会低估隧道渗流量和衬砌外水头,给隧道工程的设计带来安全隐患,在隧道工程建设中根据实际情况适当考虑洞周土渗透各向异性的影响有重要工程意义。本文提供的方法适用于考虑渗透各向异性下的任意形状隧道的渗流场研究。     

软黏土三维水-热-力耦合冻融模型及应用

人工地层冻结法是沿海地区软黏土进行地层加固的一种常见绿色工法,地下空间开挖的大型及复杂化使目前冻结法面临更加复杂的渗流环境.为此,通过分凝冻胀理论刚性冰模型的三维化推广,建立能考虑水分迁移的热-水-力耦合作用冻胀融沉模型,以模拟复杂渗流环境下的人工冻结工程.基于模型使用COMSOL有限元进行模拟,与同尺寸室内模型试验数...     

茶镇隧道施工位移监测与分析

茶镇隧道围岩软弱破碎稳定性差,变形大.为及时掌握施工过程中围岩及支护结构的变形特性,保证施工安全,对围岩及支护结构进行了拱顶下沉和周边收敛位移量测.通过对K225+266横断面量测数据的综合分析,揭示了该条隧道在Ⅴ类围岩以及特定支护情况下位移变化的规律,得到了围岩位移稳定约需2～3周的开挖时间以及4～5倍开挖洞径的距离.为合理确定隧道二次衬砌的施工时间提供了较为可靠的依据,同时通过对量测信息的及时反馈,指导了现场施工,确保了施工安全.     

突变理论在地质力学模型试验失稳判据中的应用

地质力学模型试验是研究高坝工程稳定安全性的重要方法之一,如何较准确的通过测试结果建立大坝失稳判据,判断坝与地基的失稳破坏过程,得到综合稳定安全系数,是地质力学模型试验的关键技术问题。本文由突变理论及其相关性质,选用较为成熟的尖点突变模型及其标准势函数公式,推导出相应的失稳突变判别式,建立基于尖点突变理论的失稳判据,并通过相关算例进行有限元分析,依据计算成果的变位—超载倍数关系,提出超载安全系数,并与有限元塑性区贯通、计算不收敛等失稳判据对比分析,印证尖点突变模型失稳判据的可靠性和适用性。再将其应用于丹巴水电站地质力学模型试验中,试验结果给出了闸坝在正常蓄水位和降强之后超载作用下的位移场,获得了闸坝的变形及分布特征、揭示了裂缝发展的全过程及其破坏机制,得到降强系数为 1.18,超载系数为 1.8～2.0,确定了闸坝整体稳定安全系数为 2.12～2.36。根据尖点突变理论,由试验测试成果建立相关失稳判据,据此提出破坏过程及综合稳定安全系数,并与常规地质力学模型试验分析成果进行对比,分析结果验证了基于地质力学模型试验测试成果的尖点突变模型失稳判据的合理性。     

破碎岩体隧道洞口开挖诱导滑坡与古滑坡耦合分析

以大栗树高速公路隧道洞口施工为工程背景,研究了在考虑古滑坡因素下洞口工作面边坡失稳及其加固技术。利用钻孔测斜数据（BCD）和Midas GTS折减强度有限元分析模型,分别推测了最危险滑动面,得知两者滑动面位置相似。并采用不平衡推力传递法,基于BCD推断滑动面计算安全系数。以BCD和有限元法的滑动面为基础,将滑动面近似假设为对数螺旋线,考虑地形因素,建立考虑多台阶边坡上限分析模型,研究了不同加固措施对边坡稳定的影响。结果表明,3种方法计算出的边坡安全系数结果相近。     

隧洞破碎带围岩失稳破坏模式及控制措施研究

为了解决在隧洞开挖过程中遇到节理带、断层等软弱破碎岩带时,发生大变形、塌方等围岩失稳破坏等问题,需提前或及时做好围岩支护措施,以确保洞室围岩的稳定及施工安全。本文以长河坝水电站泄洪洞工程为研究对象,通过对现场勘测资料、隧洞开挖施工方案及工程地质条件等的综合分析,确定了软弱破碎带围岩稳定的主要影响因素,提出了隧洞破碎带围岩的典型失稳破坏模式。针对隧洞破碎带处围岩的潜在失稳问题,综合采用超前支护、开挖后及时进行喷锚+钢支撑+锚筋束联合支护,并通过有限元手段对隧洞围岩支护方案的加固效果进行了分析。有限元计算结果表明,隧洞破碎带处经及时加强支护后,围岩变形得到有效地控制,避免了洞室围岩失稳破坏现象的发生;现场监测数据及实施效果也表明及时加强支护措施对围岩稳定控制的有效性。     

注浆、衬砌作用下非线性渗流隧洞弹塑性解

为探求深埋隧洞在非线性渗流条件下围岩-注浆圈-衬砌体系的力学行为,引入Izbash非线性渗流模型,给出了围岩-注浆圈-衬砌体系的水头分布,基于统一强度理论,考虑塑性区可能的分布位置,在注浆、衬砌支护作用下对隧洞位移、应力和塑性区半径进行了理论推导.通过算例将理论解与数值解对比分析,验证了研究方法的可靠性,并进一步探讨了考虑非线性渗流对富水山岭隧洞支护设计的工程意义.研究结果表明:非线性渗流对隧洞弹塑性力学的影响主要体现在围岩水力梯度系数m_1;围岩从低速非线性渗流向高速非线性渗流转变过程中,塑性区半径和位移越来越大,围岩应力有所减小;应从隧洞围岩的非线性渗流角度考虑注浆圈、衬砌支护厚度设计.研究成果为非线性渗流隧洞支护设计提供了理论依据.