深长隧道突水地质灾害三维模型试验系统研制及其应用

 深长隧道突水地质灾害中的最小安全隔水岩层厚度研究对于工程设计施工具有重要指导意义。基于相似模型试验的方法,研制出一套深长隧道突水地质灾害三维模型试验系统。该系统由三维模型试验主装置、试样成型装置以及模拟隧洞开挖卸荷掘进装置组成,能够满足模型对所受地应力场、水压等初始环境的模拟。试验系统具有荷载稳定、可精确模拟隧洞开挖、试验方便简洁、周期短并能开展大样本统计试验等特点。将该试验系统应用于成都—兰州(成兰)铁路线龙门山隧道的突水三维模型试验中,试验围压、轴压为0.6 MPa,水压为0.2 MPa时,获得模型最小安全隔水岩层厚度为47 mm,试验结果可有效指导工程的设计与施工。     

松香基相似材料抗剪强度指标试验研究

采用松香作为胶结剂的相似材料是地质力学模型试验中常用的一种相似材料。为研究松香基相似材料骨料组成、松香用量、石蜡用量等影响因素对其抗剪强度指标的影响,设计了三因素四水平的正交试验。制作了16组不同配比的试样,通过直剪试验测得其黏聚力和内摩擦角,并对试验结果进行了极差分析。结果表明,松香基相似材料的黏聚力受松香用量的影响最大,随着松香用量的增加,黏聚力有大幅增长;内摩擦角受骨料组成影响最大,粗骨料比例越高,内摩擦角越大。通过调节配比,可使黏聚力在68 kPa~270 kPa之间波动,内摩擦角在29°~58°之间波动。该研究成果可为地质力学模型试验中相似材料的制备提供参考。     

土压平衡盾构刀盘扭矩计算模型

针对目前刀盘扭矩计算模型不统一、考虑施工动态参数欠缺的问题,提出一种考虑刀具贯入度、土仓压力的刀盘扭矩计算模型.通过现场试验及理论计算结果的对比,分析刀盘摩擦扭矩的组成,在此基础上,提出土压平衡盾构在掘进过程中刀盘扭矩不断变化的关键因素,选取3处712组现场实测数据进行回归分析,探讨刀具贯入度、土仓压力2个因素对刀盘扭矩的影响,并应用力学推导、数值模拟方法对2个因素影响刀盘扭矩的机理进行解释,给出考虑施工需求的刀盘极限扭矩的计算公式.结果表明: 刀盘背面摩擦扭矩不能忽略;当刀盘贯入度增大时,刀盘扭矩明显增大的原因主要是刀盘对开挖面土体挤压的增大,而不是刀具切削扭矩的增加;土仓压力对刀盘扭矩的影响主要是增大了刀盘背面摩擦扭矩.     

深埋长大隧道突水突泥风险后果评价模型研究

根据对影响深埋长大隧道突水突泥风险后果的主要方面的分析,得到深埋长大隧道突水突泥风险后果综合评价模型参评指标并构建出评价指标体系;基于改进灰色关联度的权重确定方法或层次分析法,通过专家调查和分析数据确定参评各级指标的权重系数值,并建立评判标准。在此基础上,基于三角白化权函数的灰色评估建立白化权函数,利用灰色聚类理论通过综合聚类系数矩阵得到模糊隶属度矩阵,再利用模糊评价方法评估深埋长大隧道突水突泥风险后果程度,完成深埋长大隧道突水突泥风险后果综合评价模型的构造。最后,结合象山隧道工程实例,对该隧道突水突泥风险后果进行综合评价,结果与象山隧道实际突水突泥情况一致,证明了该评价模型的有效性和可行性。