组合式地质力学模型试验系统及其在分岔隧道工程中的应用

地质力学模型试验是根据一定的相似原理对特定工程地质问题进行缩尺研究的一种方法。地质模型是客观物理实体的再现,在满足相似原理的条件下,能够真实反映岩土介质的基本力学变形特性。要进行模型试验,就必须有相应的模型试验装置。根据地质力学模型试验的特点,本文研制出一种能实施同步非均匀加载的组合式地质力学模型试验系统。该系统主要由盒式台架装置、变荷加载板和液压加载控制试验台组成,其具有尺寸可调、加载规模大、持荷稳定的显著优点。应用该系统对一大型分岔隧道工程进行了三维地质力学模型试验研究,有效揭示了分岔隧道围岩位移场、应力场的变化规律和岩锚支护效应。     

裂隙水对节理岩体裂隙扩展影响的CT实时扫描实验研究

采用与CT机配套的加载装置，使用相似材料，对单裂纹含水和不含水的标准试件进行了CT实时监测实验，以观测裂纹扩展的全过程。探讨试件在不同复杂应力状态和原生裂纹处于不同地下水压的情况下，其裂纹的萌生、演化、发展及最终破坏形式。通过在试件中原生裂纹内不注高压水、含有压裂隙水和注水致裂来分别模拟岩体工程中裂隙不受水的影响、受有压水的影响及水压致裂的破坏过程。目的在于探讨3种情况下，岩体的不同破坏形式。从实验结果来看，3种条件下，试件都经历了微裂隙被压密、损伤演化开始、微裂纹扩展贯通、宏观裂纹产生等阶段，但其破坏形式各不相同。说明了在分析岩体结构时要充分考虑地下水的存在状态对工程结构的影响。同时，也为进一步建立岩体结构合理的损伤演化方程、本构关系和研究岩石破坏机理提供了科学依据。     

BP神经网络在分岔隧道位移反分析中的应用

在西部交通建设过程中,沪蓉西宜昌—恩施段的高速工程穿过的多为崇山峻岭,地形地质条件极为复杂,遇到很多以前很少甚至从未涉及的难题。在隧道建设方面,为适应多变的地形地质条件,不仅设置连拱隧道、小间距隧道等多种型式,而且还设置分岔隧道,即一端洞口为连拱隧道甚至四车道大拱,而另一端洞口为上下行分离隧道。利用沪蓉西八字岭分岔隧道现场监控量测数据,结合有限差分程序FLAC3D与BP神经网络模拟技术,对该分岔隧道围岩参数进行位移反演分析,并考虑隧道围岩爆破松动圈的影响。工程应用结果表明,该方法适用于求解这类大规模、复杂非线性隧道工程问题,其稳定性、适用性良好,精度满足工程要求。研究结果将对该隧道和西部山区类似的复杂结构长隧道的勘察、设计、施工起到一定的指导作用。     

粘土岩饱和-非饱和渗流机理研究

非饱和渗流、应力耦合行为是影响粘土类工程岩体的强度和稳定性的重要因素。基于粘土岩实验室非饱和渗流试验的结果，应用塑性应变硬化的非饱和渗流、应力耦合模型，研究在隧道开挖、混凝土衬砌支护和通风的过程中围岩干缩和膨胀的力学机理，得到了围岩内渗流的初始饱和一非饱和一近饱和过程，研究成果对解释工程现场的泥化、崩解机理具有重要的理论和实践意义。     

新型岩土地质力学模型试验系统的研制及应用

根据地质力学模型试验的特点,研制出一种新型岩土地质力学模型试验系统,该系统主要由盒式台架装置、带扁千斤顶的变荷加载板、液压加载控制试验台组成。其中盒式台架装置用于容纳试验模型并作为加载反力装置,带扁千斤顶的变荷加载板用于给试验模型施加非均布荷载,液压加载控制试验台用于试验模型的自动加压与稳压。该系统具有规模大、整体稳定性好、尺寸可调、能进行同步非均匀加载,并具有加荷高、升压快速、持荷稳定的优点。将该系统应用于某一高速公路大型分岔隧道的三维地质力学模型试验研究,试验结果有效指导和优化了工程的设计和施工。     

三峡库区典型岩溶隧道突涌水灾害防治与应用

三峡翻坝高速公路沿线水文地质条件极其复杂,岩溶不良地质十分发育,隧道施工突涌水风险极高。为控制突涌水风险,经过大量工程实践,依托三峡翻坝高速公路,提出一套高风险岩溶隧道突涌水防治体系。首先,通过岩溶水文地质调查方法,分析地层岩性、地形、地貌等信息,揭示区域岩溶发育特征和补排通道,并对降雨量、水流流量等数据进行长期观测,确定区域岩溶水的补径排特点;然后,通过分析突水风险孕险环境与致险因子,结合施工工程动态信息,对隧道突水进行动态风险评估,提出并成功实施一种基于隧道施工风险评估的超前地质预报体系;最后,根据综合超前地质预报结果,对突水治理方案进行动态优化设计,确定治理区段与治理方案,并在施工过程中进行开挖、支护和注浆的质量控制。经三峡翻坝高速典型岩溶隧道鸡公岭隧道的应用证明,该体系可有效规避大型突涌水等地质灾害,可为三峡库区和清江流域内其他工程所借鉴,具有广泛的应用前景和工程实用价值。     

考虑参数影响的系统分析方法及其应用

以琅琊山实际工程地下厂房的结构型式为背景,选取对地下洞室稳定性影响较为重要的四参数,即:岩体变形模量、洞室埋深、主厂房高度、侧压力系数,进行大量的弹塑性数值模拟分析。试图通过回归分析的数学方法,分析围岩关键点位移规律,建立预测模型。最后应用预测方法,对位移进行参数敏感性分析;预测位移结果与现场测试结果有较好的一致性。     

节理岩体断裂破坏强度计算及工程应用

由于地质构造的影响，节理岩体通常处于压剪应力状态．本文根据压剪应力场中节理裂隙扩展断裂破坏机制，通过附加张应力研究了节理扩展相互作用对岩体断裂强度的影响，推导出了节理岩体的断裂破坏强度计算公式，并将该强度模型用于指导一大型山体隧道工程的设计和施工，取得了显著效果。     

隧道掌子面前方地质预报的现状及发展之路

用物探技术在隧道施工时作掌子面前方地质预报,取得了好的进展,但还有大的发展空间,仍需要投入更大力量。弹性波法,需要在实测波速及使用横波方面有所突破。探查地下水不是弹性波法的强项,希望电法类方法有所突破。雷达探查的效果不错,但探距太小;目前已在研究的瞬变电磁法可望探查80m以远的地下水。实际上,目前还有一大问题要解决,这就是人们的认识问题:地质预报是施工地质的重要组分,应列入施工组织;地质物探要密切结合,要充分掌握勘测阶段和施工中调查得到的地质资料;每种物探方法均有使用条件,有长处与弱点;物探资料有多解性,要采用综合物探;要将力量多放在资料判释上;地面浅层地质勘探都遇到许多困难,不能满足人们愿望,隧道中条件远不如地面,困难更大;特别是对地质的认识也必须遵循认识的规律,在实践中不断改正和深化对地质情况的认识。     

能量耗散模型在大型地下洞群施工顺序优化分析中的应用

对复杂围岩提出了能量耗散本构模型 ,提出了考虑单元损伤、塑性和受拉破坏情况下的能量耗散公式。对洞群开挖支护提出了岩体施工过程力学 ,能量转化和时间空间载荷变化分析等 3个原理。结合溪洛渡水电工程洞群稳定问题做了 4个方案的施工顺序优化比较分析 ,得到了较优的开挖方案