石膏质岩隧道工法优选

石膏质岩的膨胀特性严重影响隧道的施工设计及其后期的正常使用,目前该类岩体隧道的设计施工大都偏保守,合理的隧道工法是石膏质岩体隧道安全稳定的有力保障。以重庆梁忠高速公路礼让隧道石膏段为工程依托,采用数值模拟,进行工法优选并提出相应施工要求,得出以下结论:(1)对石膏段隧道采用全断面法开挖,支护结构受力最大,变形相对也更大,单侧壁导坑法支护受力最小,变形相对要小,但工序复杂,上下台阶法工序相对简单,变形及受力在允许范围内。(2)选取断面进行台阶法开挖现场测试,提出开挖阶段严格控制爆破及仰拱及掌子面间距,并加强各类支护,加深仰拱等相应现场要求。(3)现场测试结果显示隧道变形实测值较模拟数值稍有偏小,隧道整体偏安全,礼让隧道石膏段采用上下台阶法开挖可行。研究成果对类似石膏质岩隧道提供了有益借鉴。     

压力水作用下硬石膏岩膨胀性研究

针对隧道工程中硬石膏围岩在压力水作用下的膨胀现象,设计加工了多功能膨胀仪。使用该仪器及MTS815岩石力学测试系统,对不同水压条件下硬石膏岩的轴向膨胀应变及侧向膨胀应力进行了测试,对压力水作用后硬石膏岩的含水状态及力学特性进行了测试。结果表明：水压越大,硬石膏岩的最大轴向膨胀应变及最大侧向膨胀应力越大,膨胀起始时间越短;随水压的增大,硬石膏岩的吸水率增大,结晶水率逐渐增大并趋于吸水率,而自由水率逐渐减小并趋于0;硬石膏岩的弹性模量和峰值强度随水压的增大而增大。这些说明水压能影响其含水状态,增强硬石膏岩的膨胀性,促进其膨胀的激活,提高其力学性能。基于试验结果,建立了压力水作用下的硬石膏岩吸水状态方程,并改进了湿度场理论体系中的膨胀本构模型。     

基于湿度应力场理论的硬石膏岩膨胀试验研究

传统的湿度应力场理论处理硬石膏围岩膨胀问题时,未反映膨胀特性与湿度状态之间的时变关系。以该理论为基础,设计硬石膏岩膨胀试验：不同初始湿度下的膨胀,不同浸水时间的膨胀,以及膨胀后的抗拉强度测试。试验发现：随初始湿度的增加,硬石膏岩膨胀持续的时间增长,最大膨胀应变和应力增大,终止时的吸水率和结晶水率增加,而自由水率近于0;相同初始湿度下,随浸水时间增加,其吸水率先快速后缓慢增加,结晶水率逐渐增大到接近于吸水率,自由水率逐渐减小到接近于0;随吸水率的增加,其最大轴向膨胀应变、最大侧向膨胀应力和抗拉强度都呈增大趋势。根据试验结果,建立了湿度状态时变系列方程以及含时间效应的膨胀本构模型。