一种典型的岩溶隧道衬砌压裂突水灾害成因与防治

 通过季家坡隧道衬砌压裂突水工程实例分析,研究隧址区岩溶发育特征,提出高陡倾充填型岩溶裂隙蓄水构造形式,分析其形态、充填物性质和致灾机制;采用裂隙封堵、周壁注浆、排水泄压、结构置换、信息化注浆效果评估的水害处治措施治理隧道衬砌压裂突水。高陡倾充填型岩溶裂隙蓄水构造呈高角度裂缝状产出,降雨后,极易在其裂隙空间内积水形成高水压;此外,由于其通透性较差,沉积物运移速度慢,易于在其底部堆积,在自重应力和高水压压实作用下,充填介质沉积、胶结成坚硬与半坚硬状,透水性较差,开挖揭露初期,不出水或仅少量涌水,易于被忽视;但揭露后一段时间,裂隙内充填介质不断流失,最终导致充填物产生管涌、流土或被整体挤出,进而将上方暗河水、溶腔水或地表水等导入隧道,造成衬砌压裂、隧道突水等灾害。研究成果不仅成功应用于季家坡隧道突水灾害处治,对于避免类似突水事故的发生和灾害防治亦有较强的借鉴意义。     

辉绿岩非线性流变模型及蠕变加载历史的处理方法研究

 分级加载的流变试验方法采用单个岩样进行试验,可避免岩样离散性对流变变形的影响,但后级载荷的变形量包含前面各级载荷产生的蠕变变形,很容易引起混淆。详细分析流变介质对加载历史的记忆效应,并给出考虑加载历史的蠕变数据处理的具体步骤和数学依据。同时,对大岗山水电站坝基辉绿岩三轴流变试验曲线进行整理,分析其典型的流变特性。根据不同应力水平下的蠕变试验曲线,提出由瞬弹性Hooke体、黏弹塑性村山体、非线性黏塑性体串联而成的岩石非线性黏弹塑性流变模型。该流变模型通过引入非线性黏塑性体可以描述岩石流变的减速、等速特别是加速蠕变阶段。推导非线性黏弹塑性模型的三维蠕变方程,利用不同应力水平下岩石蠕变试验曲线,对流变参数进行反演。结果表明,非线性流变模型计算曲线与试验曲线较吻合,证实所建模型的正确性与合理性。     

类岩石材料表面裂纹复合型断裂准则探讨

 开展含表面裂纹的类岩石材料试件的直接拉伸试验,分析表面裂纹倾角对试件峰值强度及破坏过程的影响。由于倾斜表面裂纹处于I,II,III复合变形状态,为了进一步研究表面裂纹的断裂判据,利用断裂力学软件计算半圆形表面裂纹前缘的应力强度因子,分析表面裂纹前缘3种应力强度因子的变化规律。根据最小应变能密度准则、最大应力准则以及改进的最大应力准则分别预测半圆形表面裂纹的起裂角,并与前述试验结果进行对比,结果表明,考虑III型应力强度因子影响的改进的最大应力准则预测的起裂角与试验结果更接近。     

寒区老旧隧道病害特征及治理方法研究

 以沈丹线运营期老旧隧道为例,结合现场工程实际开展渗漏水病害调查,通过病害情况素描和地质雷达扫描等方法,从隧道腐蚀开裂、衬砌渗漏水及冻害、衬砌围岩空洞及洞口仰坡坍方落石、附属设施损坏等方面,详细分析运营期寒区老旧隧道的病害特征,并从物理因素和化学因素两方面对劣化机制做简要描述。在此基础上,结合国内外相关资料和寒区铁路隧道运营特点,给出老旧隧道的维修体系流程,并针对主要病害类型分别给出相应的治理方法,最后结合分水岭隧道维修工程进行现场应用。为运营期寒区老旧隧道典型病害的治理方案设计和施工提供理论依据,对老旧隧道渗漏水病害综合治理及指导工程实践具有重要的实用价值。     

付家冲隧道监控量测与稳定性评价

监控量测在隧道新施工过程中起着重要的安全与指导作用.付家冲隧道左洞ZK26+ 081断面和右洞YK25 +547断面在施工过程中出现塌方,是影响隧道施工进度最严重的两次.结合工程具体情况,从监控量测和地质超前预报两方面提出塌方预警,从岩层分布、雨水侵蚀作用和施工方法等方面分析塌方原因.针对以上两个典型塌方段,通过监控隧...     

超大断面隧道开挖围岩荷载释放过程的模型试验研究

以兰渝铁路两水隧道为工程背景,进行超大断面铁路隧道开挖支护的大比尺三维地质力学模型试验,对开挖过程中的围岩荷载释放过程进行研究。根据工程现场地质情况研制满足相似要求的新型模型试验相似材料,经室内试验验证,该相似材料与原岩材料的力学性质有很好的相似性,满足试验要求。结合现场实际工况在模型试验不同区段采用不同的开挖支护工法,首先研究全断面及台阶法开挖情况下的围岩荷载释放过程,通过试验数据的分析,揭示不同开挖工法隧道围岩荷载释放全过程的特点和差异。相同开挖工法下,同一断面上不同位置的荷载释放过程存在很大差异;同样,不同开挖工法条件下同一位置的围岩荷载释放过程也不尽相同。其次,掌子面前方围岩受开挖影响会在局部发生先行荷载集中,先行荷载集中程度与开挖工法和断面形式有很大关系,开挖面前方荷载集中程度过高会加剧掌子面围岩的挤出效应,不利于围岩的稳定。最后,通过有无支护开挖情况下围岩荷载释放过程的对比,说明施作支护能够有效缓解开挖过程中的掌子面先行荷载集中现象,减少荷载释放总量,优化隧道围岩荷载释放过程。     

地下工程流–固耦合模型试验新型相似材料的研制及应用

 依托青岛胶州湾海底隧道的现场勘探资料,应用地质力学模型试验的流–固耦合相似理论,通过大量的配比试验,研制出一种由砂、重晶石粉、滑石粉、水泥、凡士林、硅油和适量拌合水组成的新型流–固耦合相似材料(SCVO)。通过大量的室内试验,系统地研究不同配比对材料参数的影响规律,确定控制相似材料各性能的主要组分。试验表明,材料的强度和弹性模量主要由水泥和凡士林控制;黏聚力受凡士林影响明显;渗透系数可以通过凡士林和硅油的比例调节;硅油还可以起到保水、提高材料密实度的作用。材料的变形特性和水理特性由不同的成分控制,且相互间影响很小,实现材料性质的全面调控。该材料可以模拟不同渗透性的低强度和中等强度的岩体材料,是一种非常理想的流–固耦合相似模拟材料。并已成功应用于青岛胶州湾海底隧道的地质力学模型试验研究中,力学性能和水理特性均达到试验要求,为试验取得良好结果提供材料保证。     

柔性均布压力加载装置的研制及试验分析

 为真实模拟应力边界条件,保证结果的准确性,岩土材料及地质力学模型试验均需进行柔性边界加载。研制一种新型柔性均布压力加载装置,该装置由液压油缸、刚性推力器、超柔性调整橡胶和柔性传力橡胶等组成。采用数值方法分析和验证柔性加载的效果及传力性能,并结合配比试验,研制出适合岩土试验的特种柔性橡胶。将该加载装置与刚性加载的加载效果进行试验对比,结果表明,柔性均布压力加载相对于刚性加载效果显著,对于表面不平整的模型,柔性橡胶能更好地传递均布压力,并且模型内应力场均匀程度随着橡胶传力垫块的邵氏硬度的降低以及加载压力和距表面深度的增大而提高。带有超柔性调整橡胶和柔性传力橡胶组合垫层的加载装置具有很好的空间转动和变形传力性能,可更好地满足对具有不平整及倾斜表面模型进行柔性加载的要求。研究表明,柔性均布压力加载装置能真实地模拟应力边界条件,有利于提高岩土试验结果的准确性。     

三维电阻率空间结构约束反演成像方法

 反演的多解性是三维电阻率探测的固有问题,极易造成地质解释的误差甚至错误。针对该问题,提出利用其他勘探地球物理方法(如地震反射方法、地质雷达方法等)获得的异常体的空间结构和形态信息作为电阻率反演先验约束的学术思路。首先,提出空间结构约束这一新约束的构制方法,将已知异常区域(由其他勘探地球物理方法得到)映射到三维反演模型中,使得对应区域的各网格之间的电阻率差异极小,建立一种表达简单、易于实现的空间结构约束矩阵,可表征常见典型构造,特别是形态或结构较复杂的地质构造。在此基础上,构造携带空间结构约束的三维电阻率探测反演目标函数及其反演成像方程,形成三维电阻率探测空间约束反演成像方法。然后,基于上述反演方法,开展数值试验和工程应用,将地质雷达和地质分析获得的空间结构约束施加到三维电阻率反演中,发现利用三维电阻率空间结构约束反演方法大大增加了异常区域的先验信息,可有效去除反演成像中的假异常和多余构造,对异常体的定位精度和界面分辨效果较传统的电阻率反演方法有了很大的提高,使得反演结果与地质原型较为一致,显著压制了电阻率探测反演的多解性问题,证明三维电阻率探测空间结构约束反演成像方法是抑制多解性、改善定位精度和界面分辨效果的可行途径。