永登-古浪高速公路乌鞘岭隧道场地工程地质条件及抗震性能评价

通过对永登-古浪高速公路鸟鞘岭隧道工程场地的地形地貌、地层岩性、水文地质、构造地质、地应力、区域及近场地震活动性等方面进行研究,对场地工程地质条件进行了评价。在此基础上,探索性地对隧道工程的进口、洞身主体和出口进行了抗震性能评价,指出了工程场地不良工程地质现象、地震影响及可能触发的地震灾害效应,为长线隧道工程场地的抗震性能评价工作提供了新的方法及思路。     

沉管隧道抗震研究

以南京长江沉管隧道为例,利用动力有限元法对沉管隧道进行抗震分析;对埋深、地质条件、水等因素对沉管隧道地震反应的影响进行分析,并从中得出了一些有益结沧,供有关人员进行抗震设计和抗震分析参考。     

TSP\|203在隧道超前预报中的应用

TSP\|203系统是瑞士Amberg工程技术公司最新研制并拥有专利的隧道地震探测仪，专门为隧道超前地质预报而设计的.该系统从数据采集、处理和成果评估高度智能化，采用该系统可以预报隧道工作面前方100 m左右围岩地质体的性质、位置和规模,并可推算出其岩石物理力学参数，为确定合理的支护参数提供依据，确保隧道施工安全和质量.本文对TSP\|203系统、工作原理、数据采集及资料解释方面做了系统的阐述.     

CSAMT法在某铁路隧道勘察中的应用研究

可控源音频大地电磁法(controlled source audiofrequency magnetotelluric,CSAMT)由于其相较于其他物探方法具有探测深度大、不受高阻层屏蔽、横向分辨率高等优点而被逐渐应用到铁路隧道勘察当中.本文介绍了CSAMT法的方法原理及工作方式,以红豆山隧道为例进行研究,在充分了解测区的地质地球物理的条件下设计合理的观测系统,并对原始数据进行分析处理之后进行带地形的二维反演.根据获得的电阻率剖面对隧道分段进行地质解释分析,为钻孔布设及隧道设计、施工提供基础依据.     

高压富水区隧道超前地质预报应用研究

隧道施工过程中,经常遇到突水、突泥和坍塌等无法预料的地质灾害,给施工安全带来了重大灾难和无法估计的经济损失,为了保证隧道施工安全,对不良地质体的发育情况进行准确及时的超前预报,是当前隧道设计与施工中亟待研究与解决的关键问题.详细介绍了TSP-203超前预测预报原理及方法,针对渝宜高速公路某隧道复杂的地质条件,在施工过程中进行了超前地质预测预报,并对预报结果进行了较为详细的处理和分析,同时根据隧道施工现场高压区富水层等地质情况,对隧道外水荷载计算方法和衬砌设计结构进行了分析.结果表明,预报成果与实际情况基本吻合,有效地指导了隧道施工.     

复杂山区高分辨率地震采集分析与应用——以四川盆地及周缘地区为例

震源药柱激发因素选择是影响地震资料品质的一个重要环节,在南方复杂山区高分辨率地震采集中合理选择激发岩性、井深、药量等激发因素尤为重要.本文根据复杂山区地震地质条件多样性、复杂性等特点,从理论上分析了地震激发机理、井深、药量、虚反射效应、岩性与药柱长度等对激发子波的影响,开展了基于适应近地表结构特征的动态井深设计、双微测井和综合表层结构调查（微测井和高密度电法联合）等,结合四川盆地及周缘等地区不同地震地质条件下进行了采集试验研究,获得了高品质单炮记录.     

TSP-203系统数据采集的改进方案

TSP-203系统（Tunnel Seismic Prediction System）是针对复杂地质条件设置的隧道挖掘超前地质预报系统,目前广泛应用.该系统从数据采集、处理和成果评估高度智能化,采用该系统可以预报隧道工作面前方至少100m围岩地质体的性质、位置和规模,并可算出其岩石物理力学参数,为确定合理的支护参数提供依据,提高了隧道施工安全和质量.本文针对TSP-203系统的野外工程中遇到的精度和勘探成本问题,根据石油地震勘探的理论方法,考虑系统观测的激发和接收两大因素,提出系统数据采集的改进方法：1）在信号激发方面提出组和爆炸方法;2）在针对信号接受方面提出传感器新的安装改进方法.     

TSP在隧道工程施工中的常见干扰和对岩体裂隙水及软弱夹层等的预报研究

针对TSP在隧道工程施工探测中可能遇到的常见干扰和典型不良地质体,探讨了常见干扰的成因及其对资料解释的影响,确定干扰信息在原始数据上的反映,并分别对由于震源和接收器等引起的典型质量不佳数据进行分析,提出TSP在采集数据过程中避开干扰的注意事项.列举两个工程实例,分别介绍了TSP对岩体裂隙水、软弱夹层等不良地质体的预报研究,通过分析其典型围岩力学参数成果图、纵波偏移剖面图和2D成果图等特征,依此推断出隧道开挖掌子面前方潜在不良地质体的类型以及位置、构造走向等空间分布特征.该结果与实际开挖揭示的不良地质体的分布范围基本一致,验证了TSP在预报隧道常见不良地质体的可行性和有效性.通过总结分析常见TSP干扰的成因和典型不良地质体TSP成果图,有助于为物探工作者对复杂地质体进行更精确地解释提供参考,确保隧道施工安全.     

风险评估在神木一号风积沙隧道中的应用研究

基于层次分析法、专家调查法和模糊评价法,对风积沙隧道塌方风险源因素进行识别,提出了工程地质因素、水文地质因素和施工设计因素三大类风险源。分析了各类风险源下具体风险因素的权重以及评价集,结合神木一号风积沙隧道的具体特点,对其塌方风险进行了评价。研究表明：影响风积沙隧道塌方风险的主要因素是施工设计因素,而施工设计因素中,超前支护类型这一二级风险因素又是风积沙隧道塌方与否的决定性条件。     

滇西龙陵地区地壳电性结构及其对大瑞铁路地质选线影响研究

高黎贡山地处印度板块与欧亚板块碰撞缝合带附近的横断山脉南段,是大理一瑞丽铁路(大瑞线)的必经之地,地形起伏大、构造复杂、活动性强,高黎贡山隧道作为全线控制性工程之一,其地质选线的最大困难就是对隧道深部构造环境的了解,特别是缺少对与地热、地震等联系紧密的深部地质构造的认识.为此,本文以大地电磁方法为手段,以高黎贡山隧道为主要研究对象,通过对滇西龙陵地区高黎贡山隧道越岭段两条大地电磁剖面数据的处理解释对研究区的地壳电性结构特征进行了勘探研究.结合区域地质构造特征与主要工程地质问题之间关系的分析,根据隧道主要断层地质条件设计了三维垂直断层模型,利用三维有限元开展正演模拟研究发现,测点点距、位置与横向分辨率密切相关,点距越密,分辨率越高,测点位于断层在地表投影位置能有效提高分辨率.采用大地电磁阻抗张量分解技术对两条剖面上各测点的二维偏离度和电性走向进行了计算和分析,对剖面视电阻率和阻抗相位数据进行了二维NLCG联合反演研究,揭示了沿剖面的腾冲地块、龙陵一瑞丽断裂带及保山地块10 km深度的电性结构特征及相互关系.结果表明:剖面CD电性结构呈现区域构造的三分性,腾冲地块电性结构成层性较好,保山地块成层性较差,两者均以中高阻电性特征为主,中间夹龙陵一瑞丽断裂带,电性结构反映从3 km深度以下存在几乎近于直立延伸的低阻带,推测为班公湖一怒江缝合带滇西段丁青一怒江缝合带的反映;剖面AB共划分了6条与工程密切相关的深部隐伏断裂,结合地震地质、地表地质及龙陵地震深部背景研究,推测F7-3断裂为1975龙陵7.3级地震断裂;从地表黄草坝断裂开始向下延伸,有一条发育最大深度约为4 km的低阻通道,推测为地热断裂深循环通道,其与黄草坝断裂共同控制研究区地下热水的补给、径流和排泄条件,在高黎贡山隧道线位位置形成了一个相对低温通道,为隧道方案成立的关键工程地质条件.勘探结果表明:滇西龙陵地区地壳电性结构有效的反映了高黎贡山隧道深部隐伏断裂和地热断裂深循环通道等深部构造特征,为大瑞线隧道工程地质选线提供了深部地质背景依据.     

地震作用下节理岩质边坡稳定性影响因素研究

汶川地震灾害调查表明,在基岩山区地震滑塌主要发育在局部强度相对较大、节理较发育的厚层或块状岩体中.以岩石中含两组节理的岩质边坡为例,输入实际的地震记录,采用离散单元法进行数值模拟,分别探讨坡高、地震烈度、坡角及节理倾角组合对节理岩质边坡稳定性的影响.结果表明:地震作用下坡体中质点的加速度、速度具有高程放大效应;节理岩质边坡稳定性随着坡高、坡角和地震烈度的增加而降低;两组节理不同组合的岩质边坡,其稳定性变化较为复杂,受节理倾角与坡角的关系、节理的倾向、两组节理之间夹角等因素的影响.节理岩质边坡在地震作用下是受拉区逐渐向受剪区扩展而最终导致边坡失稳破坏,是受拉和受剪的复合破坏.上述初步结论为评价山区节理较发育的岩质边坡在地震作用下的稳定性提供一定的依据.     

基于修正岩土体强度参数的简化纽马克位移法地震滑坡危险性快速评估技术

地震滑坡危险性评估可为震后应急响应等提供科学的决策依据。纽马克位移法可不依赖同震滑坡编目快速评估同震滑坡危险性。工程岩体物理力学参数是该方法的核心参数之一,但其赋值过于单一,难以反映复杂地质背景下岩体强度的空间差异性。针对上述问题,本文在分析地震滑坡影响因子的基础上,选择距断层距离、高程和距水系距离作为影响岩体强度的评价指标并建立岩体强度评价模型,获得区域岩体强度修正系数,进而修正传统方法的临界加速度。结合震后的即时地震动峰值加速度,采用简化纽马克位移法计算边坡累积位移,开展地震滑坡危险性快速评估,并以汶川M_W7.9地震的地震滑坡危险性评估为例验证本文方法。结果表明,相对于传统方法,本文方法划分的地震滑坡危险区与同震滑坡分布更加一致。     

地震作用下深埋隧道围岩形变的数值模拟研究

隧道围岩受地震荷载作用影响产生开裂变形,给交通、安全与经济带来极大影响,为提升隧道安全稳定性能,以某市隧道为对象,研究地震作用下深埋隧道围岩形变的数值模拟。综合考虑地震动作用与地震波扩散特性,利用FLAC软件构建三维动力模型;通过边界设置解决地震波反射问题,基于物理力学参数与地震荷载条件,通过相对变形法研究地震条件下深埋隧道围岩变形特性、能量聚集特性与安全性能。研究结果显示:深埋隧道围岩受地震荷载作用影响,形成挤让、椭圆化的变形走向;变形达到最高值时,应变能量密度高于2350 J/m^3的区域集中在隧道Ⅰ洞左侧围岩边墙和中夹岩柱上;各监测点安全系数呈非对称性,隧道右侧下角区域安全系数低于国家相关标准,计算结果与实际测量结果一致。     

Seismic performance analysis of underground structures based on random field model of soil mechanical parameters

Soils with spatial variability are the product of natural history. The mechanical properties tested by soil samples from boreholes in the same soil layer may be different. Underground structure service in surrounding soils, their seismic response is controlled by the deformation of the surrounding soils. The variability of soil mechanical parameters was not considered in the current research on the seismic response of underground structures. Therefore, a random field model was established to describe the spatial variability of surrounding soils based on the random field theory. Then the seismic response of underground structures in the random field was simulated based on the time-domain explicit global FEM analysis, and the soil mechanical parameters and earthquake intensity influencing the seismic response of surrounding soils and underground structures were studied. Numerical results presented that, the randomness of soil parameters does not change the plastic deformation mode of surrounding soils significantly. The variation coefficients of inter-story deformation of structures and lateral deformation of columns are much smaller than that of mechanical parameters, and the randomness of soil parameters has no obvious effect on the structural deformation response.     

基于数值流形法的反倾层状岩质边坡倾倒破坏分析

边坡破坏是累积性过程，从变形到破坏的过程中会产生永久位移，如果永久位移过大，极有可能产生滑坡。因此根据不同工况下采集到的位移数据，分析地震作用下反倾层状岩质边坡在不同内摩擦角下的破坏特征。利用二维数值流形法（NMM），以青藏高原金沙江流域西藏昌都地区芒康县索多西乡贡扎倾倒滑坡为研究对象，依据实地考察数据及室内力学试验得到的物理力学参数，建立数值计算模型，模拟地震作用下反倾层状岩质边坡倾倒破坏过程，并在边坡上布置3组监测点获取位移数据。模拟结果表明:随着内摩擦角的增大，边坡坡体从开始破坏到新的平衡状态和达到最大位移所需的时间越短，同时，滑动块体最大水平位移逐渐减小；内摩擦角＜40°时，坡体在前15 s呈整体移动趋势，大部分岩块产生整体滑移，靠近坡顶处的岩块发生轻微转动，推动前面的岩块加速滑动，呈倾倒-滑移模式；内摩擦角＞40°时，靠近坡顶的岩块首先产生滑动，并转动驱使前面的岩块，推动坡脚处岩块产生滑动，最终上部岩块达到新的平衡，呈渐进式倾倒破坏，产生整体性破坏的可能性较小。     

考虑地震波激振方向的浅埋偏压双联拱黄土隧道动力响应规律研究

以实际工程为背景,在模型试验结果和数值模拟结果验证合理的基础上,通过建立三维数值模型,研究兰州人工波在不同激振方向下坡-隧体系动力响应规律,通过小波包变换从能量和频域角度对衬砌结构动力响应规律进行分析。研究结果表明：水平、竖直面内垂直隧道轴向(X、Z)的地震波在隧道最大埋深处引起较大响应,水平面平行于隧道轴向的地震波(Y)对埋深较浅的洞口处的结构最为不利。频率在0～12.5 Hz范围内的低频波是引起隧道结构响应的主要波段,该频段中竖直向地震波(Z)能量相较于其他方向地震波能量占比最高。地震作用中衬砌结构的存在对坡体内的围岩变形有一定的抑制效应。X、Y向地震波容易引起坡脚附近的围岩发生剪切破坏,Y向地震波对隧道洞口段仰坡的稳定性影响最大;Z向地震波容易造成坡顶附近区域围岩的拉伸破坏,且对隧道拱顶附近产生最不利响应。研究成果对浅埋偏压双联拱隧道的抗震优化设计具有借鉴意义。     

含厚层软弱夹层硬质围岩的变形破坏特性

以某隧道为背景,通过地质条件分析并结合FLAC3D数值模拟手段,采用对比含有厚层软弱夹层和不含软弱夹层的2个不同模型的方法,从地应力变化、塑性区开展、变形、下覆岩体受压和位移等角度分析了含厚层软弱夹层硬质围岩的变形破坏特性。发现对于含厚层软弱夹层和不含软弱夹层的这2个不同模型,地应力的差别较小,但都为不含节理的岩体的0.5倍或更小,因此认为节理是影响含厚层软弱夹层硬质围岩变性破坏的因素之一;而2个模型在塑性区开展、变形量、下覆岩体受压和位移等方面差别较大,因此认为厚层软弱夹层对硬质围岩的变形破坏起着显著作用。同时通过创建三维模型采用分步开挖的方法,模拟了含厚层软弱夹层硬质围岩的变形破坏过程,分析认为其具有隐蔽性和发生时间不确定性的特点。研究结果可为类似地质情况的隧道建设提供参考。     

Relation between seismic source parameters and mechanical properties of rocks: A case study

This study attempts to determine the relation between source parameters and mechanical properties of the rock matrix in which the microseismic events occur. For this purpose, accurate geological, mechanical and seismological data were acquired on a gas field experiencing induced seismicity due to its reservoir pressure drop. More than 30 deep boreholes (depth greater than 4 km) are concentrated in a 10×10×5 km volume, providing core samples for both geological and mechanical assessment. In this study, we focus on induced seismic events recorded by the local seismic network, over a three-year-long period. Characteristics of the seismic sources were obtained using spectral analysis and a dynamic model of failure. Results point out correlation between physical parameters of the seismic sources and the geomechanical properties of the rocks involved. Maximal static stress drops are found to be associated with the mechanical strength of the geological strata where the rupture occurs. The fracture size, using a circular model of failure, is also found to be dependent on the geomechanical setting. It is found that the size of the seismic fractures is dependent on the layer thickness and the prefracturation of the medium, both factors influencing the extension of preexisting discontinuities. The parameters of the seismic sources also show important changes when the gas reservoir is reached. The reservoir unit experienced a 45 MPa pore fluid pressure drop over a period of 20 years.     

断层活动方式与地震地表变形分布特征研究

基于断层弹性位错理论及断层滑动非均匀模型,用三维有限元方法计算了发震断层逆断、正断和水平走滑三种不同活动方式下的地表变形,探讨了断层不同活动方式下的地震应变与位移的分布规律及震级、断层倾角对地震地表变形分布的影响。研究结果表明,地震地表变形影响因素很多,如地质构造条件、岩性介质特征、断层活动强度、断层产状和区域构造应力场等,但分布形态最终决定于断层活动方式,变形大小则决定于断层活动强度,其它均为局地因素,只影响分布形态的局部扭曲。断层不同活动方式下的地震地表变形分布各有其自身的规律和特点,这些分布特征可作为地震研究及近活动断层建筑工程抗震设计或加固防护参考。     

隧道与临近地面结构动力相互作用规律数值模拟

通过建立不同场地条件下隧道-土-上部结构相互作用的模型,研究有、无上部结构存在、场地条件和地震波频谱特性对隧道-土-上部结构体系地震响应的影响.计算结果表明:(1)对于隧道等地下结构,其地震响应主要受场地条件影响,不同场地条件隧道动内力值相差巨大,设计时应引起足够重视,相比之下有、无邻近上部结构对其影响较小;(2)S波...