穿越断层破碎带隧洞注浆范围研究

以福建龙津溪引水隧洞工程为背景,隧洞在穿越断层破碎带时,在设计注浆条件下,存在着严重掌子面渗水的施工地质灾害。鉴于此,利用FLAC3D、ANSYS等数值模拟软件进行了各注浆工况下的渗水机理分析,综合比选获得最佳的施工注浆参数和注浆范围。得出了如下结论:1注浆圈厚度越大,掌子面处最大渗流速度越小;当注浆圈厚度大于3 m时,渗流速度的减幅不明显;2注浆长度越大,掌子面处最大渗流速度越小;当注浆长度大于9 m时,渗流速度的减幅不明显;3隧洞在穿越断层时,掌子面处渗流速度明显增大,施工时应多加注意。研究结论表明:分段高压注浆增强了隧洞掌子面的稳定性,使隧洞的开挖过程更加安全。     

渗流分析的非正交网格有限体积法

将有限体积法的体积积分用Ｇｒｅｅｎ公式转化为单元边界积分，使之能应用于非正交网格的渗流分析计算；保留有限体积法计算简单实用、计算精度高、省机时省内存的特点，又有网格划分灵活方便，对复杂计算域适应性强的优点。     

超前小导管注浆预加固穿越隧道断层破碎带效果分析

为系统分析超前小导管注浆预加固技术在隧道断层破碎带的加固效果,以采用超前小导管注浆预加固技术的某隧道断层破碎带加固工程为背景,利用超前地质预报雷达影像分析超前小导管注浆加固后岩体的破碎程度;通过现场取芯、试验得出加固后岩体的BQ值,并对比勘察阶段的BQ值,以此表征超前小导管注浆预加固技术对围岩等级的影响;采用时间-体积法对加固后的渗水量进行测算;利用徕卡TS09plus-2R500设站并观测加固后隧道洞内外位移。基于以上方法和技术对穿越断层破碎带超前地质预报结果、岩性、渗水量、洞内外沉降监测数据等4方面进行分析,结果表明：采用超前小导管注浆加固方法,虽然可以在可控范围内穿越断层破碎带,但超前小导管注浆不能改善洞深范围内围岩体的破碎程度,其止水效果较差;初始开挖时引起的变形是穿越隧道断层破碎带的主要形变,应提前完成初期支护。     

隧道富水断层破碎带初期支护技术案例分析

沿海某高铁隧道富水断层破碎带施工中,按照“管超前、严注浆、短开挖、弱爆破、强支护、快封闭、勤测量、速反馈”的施工原则,采用了超前小导管注浆支护、结合帷幕注浆封堵、钢拱架加强支护,在高水压、大水量、岩体极度破碎的条件下,施工安全和质量得以保证.该文对设计参数的选取、注浆施工工艺、关键技术的突破、注浆效果等方面做了较详细的阐述,以供同行参考.     

凹陷式开采石灰岩矿区地下水渗流数值模拟

露天凹陷式开采石灰岩矿区的疏干降水过程将形成降水漏斗,并改变区域地下水流场;定量刻画开采条件下的地下水渗流对矿区涌水量预测及相关环境地质问题防治有重要的实际意义。以广东某石灰岩矿区为例,采用地下水渗流数值模型模拟了矿坑开采速度分别为4、5、8 m/a条件下的地下水流场变化过程。模拟结果表明：在开采条件下,研究区地下水位不断降低,水位下降速率与开采速度之间呈正相关关系;开采形成的降落漏斗将延伸至矿区所在水文地质单元边缘,形成时间与速度成反比;区域范围内的地下水位年内动态与降雨季节变化一致,波动幅度随与矿坑距离增加而减小、随渗透系数降低而增加,但受开采速度影响不明显。开采初期,矿坑涌水量随开采深度和开采速度增加而增大;但当矿坑开采深度达40 m时,研究区浅层第四系孔隙水和溶洞裂隙水基本疏干,涌水量基本不再随开采深度增加,以4、5、8 m/a速度开采的矿区稳定涌水量分别为7 970、8 240、9 030 m³/d。该研究结果可为类似石灰岩矿区开采方案设计及周边地下水位动态监测提供参考。     

压水气体试验的岩层渗流特性反分析

以压水试验及气体试验为基础，采用反分析中常用的反演法，对岩层渗流特性进行了初步分析。     

岩体裂隙渗流水力特性的实验研究

根据数理统计原理，从随机平稳过程理论出发，提出了一套描述裂隙空间曲面几何形态的三维指标和方法。在一套特制的岩石裂隙渗流实验装置上系统地研究了不同几何形态的裂隙在不同应力、应变条件下的水力特性，探讨了渗透系数与机械隙宽、剪切变形、几何形态、应力条件、加卸载条件的关系，并得出了各种不同情况下的实验数据拟合方程式。     

深埋隧洞渗流与应力耦合分析

富水区深埋隧洞工程,在建设过程中面临着与浅部隧洞明显不同的岩石力学问题,高水压力和高地应力是这类工程遇到的两大难题.地下水的渗流一方面对地下洞室的排水及周围地下水位有很大影响,另一方面地下水渗流对洞室围岩的力学、物理和化学性能产生影响.以有效应力原理为基础,应用渗透系数和孔隙度随体积应变改变而改变的动态演化模型,通过ABAQUS提供的接口,编制了用户子程序,从而实现了渗流与应力完全耦合,分析了渗流场与应力场的相互影响程度,为工程设计和施工提供了理论支撑.     

厦深铁路桑浦山隧道穿越F1断层带施工技术分析

厦深铁路桑浦山隧道全长5 500 m,隧道设计在DK215＋893～DK215＋947（54 m）段为F1断裂破碎带,F1断层沿断裂带花岗岩被挤压成碎裂岩,并具有硅化和糜棱岩化。根据桑浦山隧道工程地质、水文地质以及隧道工程特点,对桑浦山隧道穿越F1断层断裂破碎带的施工方案进行了详细分析,介绍了隧道穿越不同地层破碎带的施工技术,以其指导隧道的施工,确保工程安全。     

断层破碎带巷修注浆加固技术

为了完善断层破碎带巷道维修方法,以注浆加固理论为基础,通过注浆材料配比实验,分析不同体积配比条件下,水泥水玻璃与凝固时间、抗压强度的关系,确定水泥水玻璃体积比为1∶0.4的注浆加固最佳配比方案。根据现场实际情况,提出了利用注浆加固技术、U型钢梁棚和喷射混凝土相结合的巷道维修方案,成功解决了现场问题。该研究对于类似矿井的断层破碎带巷道维修具有借鉴意义。     

正交试验法在数值模拟中的应用

数值模拟技术同实际试验方法相结合,可简化试验频次,提高模拟效率。以曲面零件为例,利用Dy-naform软件在其他条件不变的工况下,调整压边力、拉深筋、材料这3种边界条件进行计算机模拟;并与正交试验法相结合,通过对结果的分析,得出实际效果最好的条件组合,同实际试验相验证,指导实际生产。     

正交试验法优选黄芩配方颗粒的水提工艺

为优选黄芩配方颗粒制备过程中的水提取工艺,采用正交试验法考察了加水量、提取次数和提取时间3个因素在不同水平对配方颗粒中黄芩苷、汉黄芩苷、黄芩素和汉黄芩素总含量和出膏率的影响,并进行了含量测定的方法学验证。结果显示,在本实验条件下,影响成分总含量和出膏率的因素按程度大小依次为煎煮时间、煎煮次数、加水量,且不同煎煮时间具有显著性差异(P0.05);经过验证实验,确定黄芩配方颗粒最佳水提工艺为加水10倍量,煎煮1 h,煎煮3次。本研究优选的水提取工艺稳定可行,所得产品的有效成分含量和出膏率较高且较为稳定,可用于黄芩配方颗粒的制备。     

采场结构参数敏感性正交数值模拟试验研究

采用正交数值模拟试验方法研究采场结构参数对采场稳定性的影响;建立基于指标满意度的多指标正交数值模拟试验综合评价模型,选取采场宽度、采场长度、人工间柱宽度、再造结构体弹模等因素,进行4因素3水平的正交数值模拟试验;选取顶板沉降位移、底板臌起位移、最大压应力、最大拉应力、塑性区共5个指标进行基于指标满意度的多指标综合评价及敏感性分析;结合云南某矿进行了实例分析,采场宽度、采场长度、人工间柱宽度、再造结构体弹模对采场稳定性的敏感度分别为0.050,0.132,0.315和0.074.研究结果表明:人工间柱宽度是影响采场稳定性最敏感也是最重要的参数,随着人工间柱宽度加大,采场趋向不稳定;采场长度和再造结构体弹模对采场稳定性有显著影响;采场宽度对采场稳定性的影响较小.     

矿井突水模型试验顶板离层破断数值模拟研究

针对矿井突水模型试验中的顶板离层破坏,用有限差分程序(FLAC)中的interface单元模拟层理面,开展流-固耦合模拟研究.实现了对矿井突水模型试验中顶板离层破坏和突水全过程的模拟,模拟结果较好地刻画出煤层开采后顶板岩层从沉降、离层直至垮塌突水的整个过程,能有效反应出矿井突水前顶板围岩位移急剧增大,渗压先增大后迅速降低的过程.同时将计算结果与试验监测数据进行了对比,二者吻合较好,表明所用的方法能够正确模拟矿井突水和顶板破断过程,该方法可以为矿井顶板离层破断突水等问题提供数值基础和相关前兆参数.     

基于水-岩相互作用的富水断层破碎带隧道突涌灾害演化特征

为研究开挖卸荷和水力荷载耦合作用下富水断层破碎带隧道突涌灾害演化特征,以沈白高铁西谷隧道工程为依托,考虑不同富水破碎带构造形式及地下水赋存特征,开展隧道突涌灾害演化过程研究。基于水-岩相互作用原理,建立三维离散元粘合块体-裂隙流耦合模型,明确不同地质构造特征下的隧道突涌灾害模式,分析破碎岩体裂隙扩展和地下水渗流的时空演化规律。研究结论有:(1) 引入粘合块体模型和裂隙流组合模型,建立了富水断层破碎带水岩相互作用力学模型,再现了富水破碎带隧道突涌灾害演化过程。(2) 不同富水破碎带构造形式引起的突涌灾变模式差异显著,且具有不同的触发条件和表现形式。断层破碎带倾角为45°时,破碎岩体沿掌子面下部溜塌涌入隧道,倾角为90°时,围岩向掌子面挤出,倾角为-45°时,表现为拱顶围岩垮塌。(3)富水破碎带突涌灾害程度随着水头增大而加剧,其中倾角为-45°时,突涌灾害程度受水头高度的影响最显著,倾角为90°时,水头高度影响相对较弱,但突涌灾害程度最严重。     

基于大井法和地下水模型系统数值模拟方法的某矿坑涌水量预测对比分析

摘 要：在矿山实际生产过程中,涌水量精确预测具有重要意义。为解决预测值准确度不够的问题,本文运用大井法和GMS数值模拟方法进行某矿坑涌水量双重预测对比分析。采用地下水动力学“大井法”的承压转无压公式：得出最大降深平均涌水量为47948m3/d,最小降深平均涌水量为46501m3/d;使用GMS数值模拟软件得出矿坑平均涌水量为32000m3/d,最大涌水量为38000m3/d。对二者结果进行对比分析：大井法预测公式是在含水层水平、等厚、均质等严格条件下推导出来的,但矿山实际上并没有完全满足公式的前提条件,其预测结果将会偏大;数值模拟方法适应性强,预测精度高,已经被大量应用于各个方面,由该方法得出的数据将会比大井法得出的数据范围小且更为精确。双重预测方法得出该矿坑涌水量的大范围和小范围预测值,结果表明该矿坑涌水量较大是不争的事实,研究成果将为开采矿山提供技术支撑。     

FLAC3D模拟采动岩体渗流规律

为从根本上研究煤层开采工程中因顶板冒落、放顶垮落造成的顶板突水通道的变化规律,首次运用FLAC3D数值软件的应力-渗流耦合系统,结合工程实践,系统分析了采动岩体的渗流矢量、渗流速度、孔隙压力及导水边界线动态发展的普遍规律和分布特征,进行了顶板突水危险区域的识别,得出了一些对防治采场顶板突水有益的结论,可为煤矿顶板突水防治提供理论依据.数值模拟结果表明采动岩体渗流通道的发展明显受煤层开采的影响,且当主关键层破断时,采场最易发生顶板突水事故.在此基础上,将采场的渗流动态变化特征与采动岩体的破断、运动规律结合分析,给出了采场顶板破断及破断岩块再组合压实过程中渗流裂隙的扩展、闭合普遍演化过程.如果水源有限且现有设备能及时排除水患,当煤层采完后,采动岩体能重新压实闭合失去导水性能,地下水位能逐步恢复,即保护第四系及地表水的采煤技术可以实现.同时证明FLAC3D的应力-渗流耦合系统能预测并预算采动岩体裂隙产生、发展、闭合及相关危害性的可靠的数值定量分析软件,可作为一个新方法在顶板突水防治和保水采煤技术中应用.图5,表1,参11.     

公路隧道建设中涌水量预测方法改进研究仿真

当前涌水量预测方法大多依据已经建好的隧道积累涌水量观测资料进行预测,需要准确的先验知识,预测结果不可靠。提出新型公路隧道建设中用水量预测改进方法,分析了公路隧道涌水过程,针对研究的公路隧道,依据建设公路隧道区域水文地质条件,构建隧道开挖前的稳定流模型。依据钻孔数据和泉流量对构建的模型进行检测,将其应用于涌水量的预测中。将稳定流模型看作公路隧道开挖的模拟非稳定流初始条件,完成对公路隧道开挖过程中涌水量的模拟,获取公路隧道的最大涌水量、正常涌水量和涌水过程曲线。运用变分有限单元法求解上述模型,确定渗透系数和影响半径,从而计算出公路隧道建设中涌水量的预测值。实验结果表明,所提方法具有很高的预测精度。     

柔性基础下复合地基工作性状的正交法分析

为研究柔性基础下桩体复合地基的工作性状及其影响因素,基于能够考虑该种复合地基系统上下部共同作用、桩土界面上有相对滑移、同深度处桩间土沉降不等的解析解,通过正交试验方法,对与系统荷载传递规律密切相关的桩土应力比、中性面位置和相关影响因素开展分析.正交分析结果表明:桩土应力比、中性面位置的均值分别为9.73和0.655,其可靠度为95％的置信区间分别为5.075～30.162和0.554～0.756,系统中各影响因素对荷载传递规律的影响程度存在差异,且各影响因素之间存在不同程度的相互作用,其中垫层模量、下卧层模量、桩间土模量对桩土应力比和中性面位置均有显著的影响,故必须重视对系统上下部共同作用的深入研究.     

承压水地层管廊基坑开挖变形特征及抗突涌稳定性分析

管廊穿越富水软弱地层时,对其安全建设产生了不容忽视的影响。为了研究富水地层管廊基坑开挖变形的稳定性,依托济南新东站开源路富水地层管廊基坑工程,分析影响基坑开挖变形的关键因素,提出基坑周边土体变形破坏影响因素的敏感性评价指标,建立基坑底板抗突涌稳定性系数及隔水层临界厚度公式。结果表明:随开挖深度和承压水头增加,水平位移具有分层现象,深层呈“月牙形”,最大变形位于基坑底部两侧下部,呈现向桩后和基坑中心靠拢趋势;地表沉降呈凹槽形,从基坑边向两侧呈先增大后减小趋势,而隆起变形越靠近基坑中心越大,施工中应注意基坑底部两侧向中间过度时出现的较大隆起值。基坑周围土体变形破坏影响因素指标敏感性大小依次为开挖深度、加固厚度和承压水头,施工时要适当采取降水措施,预留足够的隔水层厚度,加固坑底以增强其稳定性,更要适当控制基坑开挖深度;与传统法相比,考虑土体抗剪强度所计算的基坑抗突涌稳定性系数较大,隔水层临界厚度较小,与现场情况更加吻合。