大岗山深埋硬岩公路隧道岩爆预测

位于川西和青藏高原接触带的长大深埋硬岩公路隧道建设面临极大的岩爆危害，对其岩爆倾向性的准确预测是解决这一瓶颈问题的关键手段。以泸石高速大岗山隧道为工程背景，基于地勘中地形地貌、地质构造、岩石力学参数和地应力实测数据资料，采用数值模拟和数理统计相结合的方法，反演分析隧址区全线初始地应力场，系统分析了大岗山隧道各断面开挖洞周围岩二次应力，基于应力判据法对其岩爆发生情况进行了综合预测。结果表明：隧道全线地应力场分布规律以竖向应力为主，竖向应力量值最大达33.25 MPa，且局部地应力复杂，水平构造作用明显，以NWW-SEE向挤压作用为主，具备发生岩爆条件；隧道埋深大于408 m时有中等、强烈岩爆活动，中等岩爆段长度占隧道全长的13.8 %，强烈岩爆段长度占隧道全长的39.7%，且埋深大于450 m时岩爆在边墙部位发生；岩爆发生受地形地貌、地质构造影响显著，由于地应力在软弱岩体中得到释放，断裂带、辉绿岩脉内部无岩爆活动，而断裂带和沟谷地形会使其附近完整花岗岩段内出现地应力集中现象，从而加剧其岩爆烈度。     

九岭山深埋长大隧道岩爆问题预测

岩爆是深埋长大隧道主要的工程地质问题之一,对隧道工程的危害很大,岩爆的预测研究对于隧道的设计和施工有着重要的意义。通过对九岭山隧道初步设计及施工图设计两阶段工程地质勘察成果的研究,分析该隧道的工程地质条件、岩石力学性质及地应力测试结果,并运用现有国内外多种岩爆判别准则对其在施工期间可能发生的岩爆问题进行了预测研究。结果表明,九岭山隧道在施工期间不会出现严重的岩爆,但在埋深大于450m的洞段可能会产生低岩爆活动。     

成兰铁路特长深埋隧道岩爆段应力特征

为了探究高地应力环境下深埋隧道岩爆发生机理,掌握岩爆孕育规律,本文通过现场测试、数值分析及室内实验,对平安特长深埋隧道岩爆段围岩的二次应力场进行了分析,探明了隧道岩爆发生的力学机制,并运用经典应力岩爆判据指标,预测判断出岩爆发生强度及位置。研究表明隧道侧壁处存在较大的压应力,是造成岩爆发生的主要原因；高地应力条件下,由于结构面等不利因素的存在,造成掌子面中部处原岩应力突发释放而引发高烈度的岩爆；在岩爆区段进行应力释放孔的布置,能够有效地释放原岩应力,减少岩爆发生的可能性。相关研究成果能够深化人们对于高地应力环境下岩爆发生机制的认识,为类似工程岩爆的防控及建设提供科学依据。     

桑珠岭特长隧道初始地应力场反演分析

桑珠岭隧道是拉萨-林芝铁路的控制性工程,工程区地质条件复杂,面临着深埋隧道高地应力灾害问题。因此,对其展开初始地应力场分析为保障隧道安全施工及优化结构设计具有重要意义。以现场勘察工作为基础,综合分析工程区地质资料,利用工程类比法和Anderson理论估算了隧址区主应力方向与量值范围;结合现场地应力实测数据,利用多元线性回归分析方法,进行了隧道工程区地应力场的三维反演计算分析。结果表明:测点地应力反演值与实测值在量值与方向上存在较好拟合关系;且同区域构造背景相一致,说明计算结果具有一定的合理性与可靠性。最后,通过分析桑珠岭隧道沿轴向的地应力分布规律,对隧道沿线的易发岩爆段及岩爆等级进行了初步预测,为后期隧道开挖及支护结构设计提供依据。     

深埋公路隧道高地应力场特征分析及岩爆预测

深埋隧道岩体中有较高地应力,在岩石强度较高的围岩处易发生岩爆,影响围岩稳定性。笔架山公路隧道埋深大,为降低其安全建设风险,本文通过工程区岩样岩体力学实验对围岩性质进行研究,结合地应力资料建立三维有限元地质模型反演隧址区地应力场,最终利用谷-陶岩爆判据和强度应力比岩爆判据对笔架山隧道岩爆状态进行预测。结果表明：隧道工程区内岩体有中等-强烈岩爆倾向;隧道沿线地应力场由自重应力场主导,大多数区段岩体处于极高应力状态,且水平最大主应力与隧道夹角较小,有利于围岩稳定;开挖后沿线围岩最大主应力峰值为63.2MPa,均发生在断面侧壁,因此在该部位发生岩爆的可能性较大;隧道沿线24%区段有发生岩爆的可能,且以中等-高岩爆活动为主,岩爆预测结果可为隧道开挖施工和灾害防治提供参考。     

深埋隧道岩爆预测与声发射特征

岩爆是高地应力区地下工程硐室开挖施工中常见的一类动力失稳地质现象。以秦岭终南山特长公路隧道为背景,通过对2#竖井工程施工过程中岩爆进行综合调查与理论分析,采用声发射(acoustic emission,AE)预报技术进行了综合预测和分析,得出岩爆发生时的声发射特征与动态演化规律,并提出岩爆综合防治措施,保证了安全施工。     

引汉济渭工程秦岭隧洞岩爆数值模拟与岩爆预测研究

以引汉济渭秦岭隧洞工程为研究对象,针对工程埋深大、地应力高和地质条件复杂的特点,进行高地应力条件下超长深埋隧洞岩爆的数值模拟预测研究。基于隧洞围岩工程力学性质和原始地应力反演数据,通过数值模拟技术,运用离散元法软件(3DEC),对研究区域的五个代表性埋深段进行隧洞开挖数值模拟,分析开挖后围岩的二次应力、位移变化和破坏情况。选择五种不同的岩爆判据对围岩岩爆等级进行预测,并将综合评判结果与实际岩爆发生情况对比。研究表明,基于离散元计算预测岩爆的方法是可行的,预测岩爆等级与实际岩爆发生情况基本吻合。     

金川深部典型岩石岩爆倾向性多因素综合评判

以金川二矿区深部为研究对象,通过对其花岗岩等6种典型岩样进行峰前卸载等多种常规力学实验研究,结合现场勘察数据,采用基于岩性、围岩、应力条件等不同评判角度的单一岩爆判据：强度脆性系数法、Barton法、弹性应变能指数法和围岩质量RMR法,分别对6种典型岩样进行岩爆倾向性理论预测,并引入模糊数学综合预测方法,以上述各单一判据结果为指标,运用专家评估法确定因素影响权重。多因素系统评价金川二矿区的岩爆倾向性。结果表明,传统单一岩爆预测判据方法不适合金川特殊地质环境。采用模糊数学综合预测方法多因素系统分析发现。花岗岩、大理岩等6种岩样均具有弱岩爆发生倾向,其结果与现场符合较好。对矿山下阶段安全、高效生产中的岩爆防治有一定的科学指导意义。     

基于实测数据的长隧道地应力分布影响因素研究

地应力分布特征是开展长隧道动态优化设计与施工的主要影响因素，亦是判断与预防岩爆、大变形等隧道灾害的重要依据。为了研究某长隧道区域地应力分布的影响规律，以17个现场水压致裂钻孔、164个测点的地应力测试数据为基础，采用高程、岩性、结构面、沟谷地形分区方法分析了长隧道区域的地应力分布特征。通过对比分析不同分区下长隧道围岩应力拟合值与实测值的差异，认为根据地质特征对长隧道区域钻孔测试数据进行合理分区是准确拟合围岩地应力分布特征的关键。研究结果表明：在岩性分界面两侧地应力呈现不同分布规律，沟谷地形对应力分布规律影响显著，而高程和小节理对应力分布的影响较小；岩性分区的线性拟合方法适用于非沟谷地形区域的地应力分布规律分析，相较于按整体或单因素的分区方法得到的地应力分布，采用线性和曲线相结合的沟谷分区方法推算的隧道围岩应力分布具有较高的精度；由于沟谷地形在一定埋深区域存在高应力区，即便采用线性和曲线拟合方法也难以准确模拟其真实的应力分布特征，需进一步开展针对性的研究。     

大台沟矿区深孔水压致裂原地应力测量及应用

在辽宁本溪大台沟矿区开展水压致裂法原地应力测试,获得本溪地区2个超1 km深孔的原地应力实测结果,给出深度在1 309 m以内的原地应力实测剖面。从原地应力及岩石力学的角度对该矿未来深部的岩爆可能性进行预测。研究结果表明:大台沟矿区300 m以下深度均有发生不同程度岩爆的可能性,特别是1 100 m以下有发生强烈岩爆的危险性,矿区在未来的开发建设中需注意防范。     

某深切峡谷地应力场空间分布特征研究

运用三维线弹性有限元软件(3D-σ)模拟了某深切河谷地应力场的形成演化过程，从而得到了研究区的现今地应力场，并对研究区地应力场的空间分布特征进行了分析和讨论，最后提出了地下厂房分析设计的地应力建议值，并对其岩爆可能性进行了评价。     

深埋隧洞围岩分类方法--JPHC分类

现有围岩分类方法只适用于中低地应力、低外水压力条件,在高地应力、高外水压力条件下的适用性差.某深埋隧洞地应力高达20～40 MPa、局部外水压力高达1～10 MPa,具有高地应力、高外水压力的特点.以该深埋隧洞为例,对<水利水电工程地质勘察规范>中的围岩分类方法(HC分类)进行了改进.通过HC分类与Q系统在该隧洞分类结果的相关性、一致性分析,引入地应力修正系数、岩爆烈度、水力劈裂的临界水头压力等,建立了高地应力、高外水压力条件下的围岩分类方法--JPHC分类.该方法在某深埋隧洞围岩分类中适用性好,并可推广使用.     

基于FLAC3D的岩体初始高水平构造应力场反演方法

为探讨深部岩体工程初始高水平构造应力场的数值模拟反演方法,采用三维有限差分法FLAC~(3D)分别对位移边界条件、应力边界条件、混合边界条件及基于初始应变能理论的反演方法进行数值试验对比分析。结果表明:在模拟岩体初始高水平构造应力场过程中,位移边界条件、应力边界条件、混合边界条件三种方法均不能满足要求;而基于初始应变能理论的反演方法效果较好,将该方法应用于狮子山矿区地应力场的反演分析,计算表明各测点的地应力反演值与实测值之间误差在允许范围内,进一步验证了该方法模拟计算岩体初始高水平构造应力场具有较好的可靠性,研究成果为深部岩体工程高水平构造应力场的反演计算方法提供了参考。     

玉维高速科色特长隧道地应力特征及工程地质意义

玉维高速紧邻金沙江西岸,全程共30座隧道,隧道占总里程的52.55%,隧道建设中极有可能遇到复杂地质问题及地应力的影响。以玉维高速科色特长隧道地应力特征为研究对象,完成了6个点的地应力测试工作及岩石室内物理力学测试,结合构造稳定性、岩爆分级、隧道空间布置分析理论完成了该隧道工程地质意义研究。研究结果表明：地应力在垂直方向上随深度以似线性增长趋势,整体表现为“浅部以走滑型地应力场为主、深部以正断型地应力场为主”的规律;地应力特征表现为“浅部区域以水平构造应力为主,深部以垂直应力为主”;各测点的最大剪应力与平均应力之比值均未达到稳定临界值,隧道周边的构造相对稳定;岩爆级别随深度逐渐增大,但级别为中等至轻微;隧道方位分析表明,隧道（右幅）K24+995至K25+730段隧道方位不利,K25+730至K28+200段隧道方位有利。     

大凉山地区深埋高地应力公路隧道岩爆机理及防治对策

本文以乐西高速大凉山2号隧道工程为依托，对大凉山地区深埋高地应力公路隧道岩爆机理及防治对策进行研究。从深埋隧道岩爆孕育力学角度出发，结合能量及应力条件，运用有限元分析软件MIDAS-GTS-NX分别建立隧道在不同埋深、进深及断面形状的三维有限元模型，对围岩应力特征进行比较分析。研究结果表明：从力学角度来看，岩爆的孕育过程是由弹性转换为塑性，并发生在塑性岩体中，周围弹性岩体负责为其提供能量，围岩储存的能量和开挖导致的应力集中分别是岩爆发生的根本条件和触发条件；隧道埋深、进深以及断面形状是影响隧道岩爆的重要因素，其中埋深对其影响最为明显，围岩最大主应力与隧道埋深、开挖进深及断面大小呈正相关性；隧道埋深在600 m左右时，围岩最大主应力达到45.90 MPa。根据强度应力比法，结合施工钻孔取芯参数，最终结果表明大凉山隧道属于极高地应力区，具有发生岩爆的风险，施工时应当采取相关防范措施。     

粒子群投影寻踪算法在岩爆预测中的应用

对岩爆有影响的三项主要因子：洞室最大切向应力与岩石单轴抗压强度的比值、脆性系数和弹性能量指数作为岩爆灾害预测的主要判别指标,通过粒子群优化算法和投影寻踪算法建立了相应的岩爆预测分析模型.该模型采用粒子群算法优化投影指标函数,确保了模型参数的准确性;同时利用逻辑斯谛曲线函数建立投影值与经验等级之间的非线性关系.研究表明,用粒子群投影寻踪回归模型进行岩爆预测,避免了传统预测方法由于主观原因造成的误差,预测精度较高.通过将所建模型应用到秦岭隧道和冬瓜山铜矿的岩爆预测中,得到与实际情况较符合的预测结果.     

三维地应力测试系统及其在深部软岩中的应用研究

深部围岩大多软弱破碎,传统地应力测试方法难以成功实施。为满足深部软岩工程需要,采用基于流变应力恢复理论的三维测试系统进行地应力测试。该系统根据深部软岩在高应力下的强流变特点,辅以配套研发的孔内推送设备和数据采集装置,采用埋设压力传感装置的方法来测得岩体的应力状态。依托平煤五矿开展测试系统的试点应用,与空心包体应变计测试结果进行对比,并在十一矿实施了分布式工程应用。结果表明系统测得应力相较对比测值基本一致,且符合孔周岩体流变应力恢复规律,所选测试区域自重应力场均占有主导地位。因此可以说明测试结果准确有效,系统具备一定的长期稳定监测围岩应力场的能力。     

负泊松比锚索超大断面隧道围岩大变形控制体系

为解决传统吸能锚索不能解决超大断面隧道软弱围岩隧道大变形的问题,首次提出将NPR锚网索支护体系应用于超大断面隧道支护措施中。本文依托侨城东路隧道东线标准段为工程背景,通过实地勘察,室内试验和理论分析的方法,从围岩岩性,物理力学特性以及水文地质条件方面,揭示了侨城东路隧道围岩大变形机理;通过室内试验得到NPR锚索物理力学特性并构建本构模型;再利用Rhino软件建立隧道以及初期支护模型、FLAC3D软件进行模拟计算,对比分析无锚索、PR锚索、不同排距NPR锚索4种方案围岩应力、位移、变形破坏规律。基于以上研究成果,进行室内相似比物理模型试验进行对比验证。结果表明,NPR 锚网索支护体系相比普通锚网索支护能够有效的控制超大断面隧道软弱围岩大变形,不仅为侨城东路北延通道工程的施工及初期支护提供了数据支撑,也为类似条件隧道的围岩变形控制奠定了理论基础。