隧底溶洞对衬砌结构力学行为的影响

基于考虑地基剪切变形的Pasternak弹性地基梁理论,推导了无仰拱隧道拱脚处地基梁的位移和内力计算公式,对比分析了Pasternak模型和Winkler模型计算结果,与现场监测结果对比,并基于Pasternak模型研究不同介质压缩模量及不同溶洞规模情况下衬砌的变形受力状态.研究结果表明:Pasternak模型的计算结果比Winkler模型偏小,更符合实际变形受力情况;在溶洞和围岩的交界处衬砌存在明显的反弯点,且交界处剪力最大;溶洞填充物压缩模量与围岩压缩模量比值小于等于0.5时,溶洞段衬砌位移和内力急剧增加;溶洞规模对衬砌位移和剪力影响显著,长度8 m以上溶洞对衬砌结构危害性较大.     

隧道与前方大型溶洞应力集中叠加效应

在陆家寨岩溶隧道施工期间,曾预报并揭露大型溶洞,施工过程中接近溶腔段围岩变形较大且伴随围岩块体脱落,给隧道施工带来极大的安全隐患。基于深埋球形洞室的弹塑性二次应力分布,结合新奥法隧道施工理念,利用FLAC3D模拟隧道开挖接近并进入大型溶洞的过程。在自重应力场下分析不同大小的球形洞室周围应力场对隧道围岩变形的影响。结果表明:球形洞室会在周围形成中心半径为1. 5倍洞室半径的应力集中带;隧道开挖接近应力集中带时,将引起隧道前方应力集中区与溶洞应力集中带的叠加;随着隧道继续开挖,叠加效应在下一个进尺完成后失效;分布在隧道两侧围岩,该叠加再分散的过程会造成拱顶、拱肩的变形增大,影响隧道开挖的安全。研究为中国岩溶隧道的建设有重要的参考和借鉴价值。     

被动区溶洞对地铁车站深基坑稳定性的影响

为研究被动区溶洞对地铁车站深基坑稳定性影响规律,依托大连某地铁车站深基坑工程,基于弹性地基梁理论和尖点突变理论建立了被动区溶洞侧板最小安全厚度表达式,并进行了工程计算。采用FLAC3D软件建立数值模型,分别模拟了被动区溶洞不同侧板厚度、长度、埋深对基坑稳定性的影响。以桩体最大水平位移的模拟结果为具体数据,应用灰色关联分析法对影响基坑稳定的各因素进行了敏感性分析。结果表明：以溶洞侧板厚度为指标,根据数值模拟结果验证了被动区溶洞侧板最小安全厚度表达式的合理性,并可将溶洞侧板厚度对基坑稳定性的影响分为平缓区、明显区和剧烈区,剧烈区内的溶洞须对其进行加固处理;随着溶洞长度的增大,桩体最大水平位移和地表最大沉降位移的增值将加速增大;溶洞埋深与桩体嵌固深度相同时,桩体最大水平位移和地表最大沉降位移变化剧烈,应采取相应的处理措施;在影响基坑稳定性的各因素中,敏感性大小排序为：溶洞长度＞溶洞侧板厚度＞溶洞埋深。可见,在施工前通过理论分析、数值计算、统计分析等方法研究被动区溶洞对基坑稳定性的影响是必要的。     

复杂岩溶区溶洞储水与隧道衬砌相互作用

水压衬砌的稳定性研究仍是在富水区修建隧道工程所关注的重点问题。多数相关研究均是基于连续性"渗透"模型和Darcy定理的基础上开展的。基于前人研究成果,结合实际情况,发现工程中衬砌主要破坏原因区别于渗流破坏,进而确认该隧道支护结构破坏主要原因为隧道排水系统失效后短时间内衬砌背后溶洞储水作用下的变高水头水压致裂破坏,从而提出该力学模型为"荷载-结构"模型,而"荷载-结构"模型的关键问题在于确定衬砌所受岩溶水压力大小与分布形式。根据水文地质条件假定溶洞处于汇水期时其流量基本不变,结合工程地质条件推导了该工程区两类溶洞("走向型"溶洞和"斜交型"溶洞)的体积计算公式,再换算确定不同时间范围内的储水体积,最后折算为衬砌所受应力边界条件。通过数值计算理论分析变水压下隧道的力学响应特点,通过与现场照片的对比可证明隧道衬砌破坏主要原因确为水压致裂,同时伴有一定的水体渗透、劈裂作用加剧失效,说明前述的假设研究具有一定合理性,针对研究结果对工程提出了防范措施要点。研究思路与理论研究成果可为类似工程提供借鉴与参考。     

供给型大尺度溶洞弹性开采实验

 大尺度溶洞是塔河油田缝洞型油藏的重要油气储集空间,是相对较简单的油藏类型之一,并普遍存在供给能量。对有供给能量的大尺度溶洞油藏弹性开采情况进行实验模拟,建立了存在两种能量供给形式的物理模型：充填溶洞模型、基岩窜流供给模型。通过改变实验中溶洞充填程度、基质渗流能力、采油速度的大小分析各影响因素对模型的压力、能量补给的影响。结果表明,对于存在充填的溶洞模型,采油速度主要影响了充填物底部与溶洞内压力差,充填物渗透率主要影响了溶洞内的能量补给速度;对于存在基质供给的溶洞模型,单对数坐标下压力变化前期呈直线递减,后期表现出不同的递减幅度,基质的渗流能力直接影响其窜流供液能力,累积产量与累积压降关系曲线前期呈直线,后期存在明显的上翘段,表明存在明显的基质窜流供给段。     

溶洞对隧道结构变形与受力特征的影响研究——以大方隧道为例

为探究溶洞对隧道结构变形与受力特征的影响,采用数值模拟方法,通过改变溶洞分布位置、尺寸大小以及与隧道结构净距等不同因素,建立了二维有限元模型,分析了溶洞对隧道结构位移与内力的影响。结果表明：溶洞使隧道结构变形与受力发生了改变,伴随溶洞与隧道距离的增大,隧道结构产生的位移逐渐减小,在同一净距下,随溶洞尺寸增大隧道结构位移逐渐增大,与无溶洞工况对比,溶洞使得隧道结构内力发生了重新分布,在靠近溶洞一侧隧道结构变形与内力均较大。当溶洞直径小于0.4倍隧道尺寸时,溶洞对隧道结构变形与内力影响均较弱,当溶洞直径大于0.6倍隧道尺寸,且与隧道净距小于0.3倍隧道尺寸时,溶洞对隧道结构变形与内力影响显著,最后通过对比分析,得出对隧道稳定性最不利的溶洞位置是隧道侧部溶洞。研究成果可为岩溶隧道设计施工提供科学参考和借鉴。     

大尺度溶洞裂缝型油藏试井新模型

针对常规试井模型解释结果与大尺度缝洞型油藏地质特征不相符问题,以一个缝洞和两个缝洞为例,建立了拟稳态条件下的流动方程,采用Laplace变换和逆变换,得到实空间的解析解。研究结果表明：单个缝洞与封闭均质油藏中一口油井条件下拟稳态流动阶段的试井曲线相同;两个缝洞条件下压力导数曲线在早期为开口向下的抛物线,在双对数图版上,压力-时间双对数曲线在早期和晚期都表现为斜率为1的直线段,早期末出现了与常规双重介质模型相似的凹形曲线段,晚期没有水平直线段。将模型用于塔河某缝洞单元做试井分析,解释结果与地质模型一致。     

缝洞型碳酸盐岩油藏开发早期合理采油速度模型

对于缝洞型碳酸盐岩油藏,衰竭式开发是最合理的开采方式。对于衰竭式开采,在制定开发方案时,确定合理采油速度尤为重要。研究中根据其他相同类型油田的成功开采实例,选取尽可能多的影响因素,采用多元逐步回归分析方法,得到了一个缝洞型碳酸盐岩油藏开发早期合理采油速度模型。此模型包含了流体性质和地层参数,与关于固有地质情况对采油速度影响的物理概念并不矛盾,并且适应面广,可对衰竭式开发早期缝洞型碳酸盐岩油藏的合理采油速度做出初步结论。用数值模拟方法证明,这个模型可用于现场实际。     

地质雷达在不良地质灾害体中的应用研究

地质雷达具有探测精度高、携带方便、数据易处理、成果直观等优点被广泛应用于隧道超前地质预报项目中。本文采用地质雷达进行隧道超前地质预报,总结出岩体较完整、岩体节理裂隙发育、空溶洞、软弱夹层、土体与岩体分界面五种典型的不良地质灾害体对应的雷达波形特征,为此类工程应用提供参考依据及指导作用。     

某高层建筑桩基下溶洞顶板的FLAC3D数值模拟

随着国家基础设施建设的持续推进,越来越多的高层建筑在岩溶地区兴建,岩溶地区高层建筑常采用桩基础穿透溶洞,但遇溶洞尺寸较大、埋深较深等工况时,穿透溶洞往往造成成桩困难、基础施工不经济合理等问题,所以研究将高层建筑桩基作用在溶洞顶板岩层之上是否可行这一课题具有重要的理论意义和实用价值.论文结合深圳市坪山新区某高层住宅工程项目,采用有限差分软件FLAC3D对高层建筑桩基下的溶洞顶板岩层进行了静荷载下的数值模拟,计算结果表明,从应力、应变、位移和塑性区分布等多方面分析,溶洞顶板岩层均处于稳定状态,能够满足高层建筑的正常使用要求.