深埋隧道穿越富水破碎带围岩突水机理

基于隧道穿越处于复杂应力场与渗流场环境的富水破碎带时存在发生重大突水事故的安全隐患,通过对破碎岩体的渗流特点进行研究,建立孔隙颗粒介质流失的渗流模型;基于连续介质力学和变质量动力学理论,推导饱和破碎岩体变质量渗流-变形耦合理论模型;以福建漳州梁山隧道L7富水破碎带为工程背景,分析围岩的渗流场、应力场与位移场分布特性,并总结隧道断层破碎带的突水塌陷机理。研究结果表明:断层破碎带突水实质上是围岩的力学平衡和地下水的渗流平衡因施工扰动发生急剧变化,引起围岩应力重分布及地下水能量释放;隧道施工揭露断层后,岩体颗粒随孔隙空间的流体发生迁移形成新的渗流通道,导致地下水在水头压力作用下向工程临空面涌出,形成漏斗形的渗水区域;随着渗流作用时间的延长,地下水和岩土体逐渐流失,隧道上方的破碎岩体发生严重的滑移变形,形成椭圆形塌陷区域,与现场实际塌陷破坏规律基本吻合。本文提出的渗流-变形耦合模型对理解破碎岩体渗流力学机制和深埋隧道突水灾害的预防设计具有参考价值。     

富水软弱围岩隧道穿越断层破碎带的稳定性分析及施工技术

研究了富水软弱围岩隧道穿越断层破碎带围岩稳定性影响问题及施工技术.以国家一带一路重点项目云南临沧临翔至清水河高速公路马家寨隧道工程为依托,通过有限元软件MIDAS GTS NX分别建立不同断层破碎带夹角、倾角的隧道三维有限元模型,对隧道围岩稳定性进行分析,并提出相应处治措施.研究结果表明:拱顶沉降、仰拱隆起及周边收敛均呈现出先增大后减小的现象,说明距离断层越远,对围岩稳定性影响越小;围岩变形的突变范围均随着断层倾角、夹角增大而减小;不同断层倾角、夹角工况下围岩应力均为压应力;断层处围岩应力明显小于周围围岩,围岩应力分布状态发生改变;断层破碎带对富水软弱围岩隧道围岩稳定性影响较大,应加强地质预报并采用全断面超前帷幕注浆堵水方案.     

断层产状对围岩稳定性影响的敏感度分析

岩体裂隙及断层破碎带等地质结构面对地下洞室围岩稳定性具有重要的影响,断层破碎带与洞轴线的相对空间位置是一关键因素.以西南某水电站导流洞为工程背景,采用数值模拟手段来研究断层走向及倾角对隧洞围岩稳定的影响.计算结果表明:断层走向越小,倾角越大,洞周围岩的稳定性越好;应加强断层附近洞顶和洞底的支护措施.研究成果可以为类似工程的布置和设计提供理论依据.     

跨不同倾角软弱层隧道围岩变形规律

山区隧道与地下工程的建设中多会穿越软弱夹层或破碎带等软弱地层。此类软弱地层几何形态变化大,力学性能差,隧道开挖后的收敛变形往往难以控制,这也成为山岭隧道施工以及结构设计的难点所在。本文着眼于软弱地层倾角对隧道围岩开挖变形的影响规律,利用模型试验,对无支护条件下软弱层围岩的拱顶、拱腰进行研究,监测了软弱层倾角分别为45°、60°、90°、120°、135°时隧道开挖造成的收敛变形;并结合数值模拟方法,进一步对比验证了模型试验的检测规律。结果表明：软弱层倾角对隧道围岩变形的影响十分显著。随着软弱层倾角的增加,隧道拱顶、拱腰以及仰拱的围岩位移先减小后增大。不同软弱层倾角下,通过归一化处理发现,拱顶和拱腰位置数值计算和模型试验的围岩位移变化结果呈现出高度的一致性。且根据监测面的塑性区云图,剪切破坏的区域贯通,分布于隧道一周,其面积随着软弱层倾角的增加,先减少后增大。     

基于流-固-损伤全耦合模型的裂隙型岩溶突涌水数值模拟

岩溶地区隧道建设频遇突涌水灾害,裂隙型突涌水勘察与预测难度极大、致灾风险高。为揭示裂隙型岩溶突涌水机理与明确前兆信息,本文基于“流-固-损伤”耦合模型对裂隙型岩溶突涌水致灾机理与临界条件展开研究。通过公式推演与多场耦合数值分析得到以下结论：(1)建立了完整的“流-固-损伤”耦合裂隙型岩溶突涌水致灾机理数学模型,并论证其可行性与合理性;(2)分析了不同溶腔水压工况下,隧道拱顶围岩位移演化规律。结果表明,裂隙型岩溶突涌水与富水溶腔水压高度相关;(3)分析了临界突水条件下围岩特性,提出了“缓慢增长段-快速增长段-位移失控段”的三阶段裂隙型岩溶突涌水围岩位移演化规律。     

高铁隧道穿越断层破碎带围岩控制效果分析

为研究高铁隧道过断层破碎段采用三台阶临时仰拱法施工下的围岩变形规律,以皇后岭隧道断层破碎段为研究对象,选取两个典型断面,通过开展现场监测,对比分析不同工况支护下围岩收敛和拱架受力以及围岩接触压力的变化规律。研究结果表明,断层破碎带下,隧道开挖支护完成后,拱顶最大下沉量10.1mm,水平收敛最大值为5.8mm,均远小于预留变形量。断层破碎段下,在距离掌子面1.2m到6m这段,拱架轴力和围岩接触压力变化速率较快,在距离掌子面12m时,拱架轴力和围岩接触压力的分布规律趋于稳定。表明断层带条件下采用三台阶临时仰拱法合理可行,以I22型钢架为核心的支护方案满足围岩控制要求,研究成果为类似工程提供了参考。     

跨逆断层隧道应力影响因素的数值模拟分析

采用MIDAS-GTS数值模拟软件来研究断层错动对跨断层隧道的影响。考虑断层倾角、断层破碎带宽度、围岩级别和衬砌级别4个影响因素。采用正交试验法设计数值模拟试验,模拟隧道的位移和应力变化,对所得数据采用极差分析方法进行分析,得到以下结论：影响跨断层隧道拉应力的主要因素为断层破碎带宽度;影响跨断层隧道压应力的主要因素为围岩级别。     

探地雷达在黔东浅变质岩区隧道地质预报中的应用

隧道工程中存在许多难以预计的不良工程地质现象,其严重影响隧道的正常施工.在对区域地质和掌子面岩性勘查的基础上,通过对厦蓉线黔东浅变质岩区的探地雷达图像解译分析,探讨了裂隙带、断层破碎带及富水带的雷达图像特征,以此说明建立"以地质法为基础,探地雷达为主要物探手段"的综合超前地质预报体系的重要性,为该区雷达测试提供图像信息库.     

岭脚隧道受断层破碎带影响区域开挖方式数值分析

隧道施工时如果遭遇断层破碎带,围岩通常较为破碎,对隧道安全施工造成很大隐患,选择科学、经济、合理的施工方案就显得尤为重要。岭脚隧道受断层破碎带影响,引发涌水、突泥地质灾害。为选取合理的开挖方式,本文通过数值模拟分析,对该隧道受断层破碎带影响区域进行不同开挖方式的模拟,通过对数据进行对比分析,得出适合该隧道的开挖方式。     

论省道203线公路观音岐隧道工程左线隧道富水破碎带注浆施工要点

隧道富水断层破碎带施工中,由于采用了径向裂隙双液注浆固结堵水技术,在高水压、大水量、岩体极度破碎的条件下,获得了理想的效果,防止了地下水流失,保住了水源。针对省道203线公路隧道工程左线隧道在设计参数的选取,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。     

富水全强风化花岗岩隧道突水突泥灾害机制与帷幕注浆技术

为研究富水全强风化花岗岩隧道突水突泥灾害机制与帷幕注浆技术,以广西均昌隧道富水全强风化花岗岩地段突水突泥灾害处治实践为例,对隧道突水水泥灾害特征、诱发机制及防治措施进行深入研究分析。结果表明：富水全强风化花岗岩隧道突水突泥灾害突发性强,演变速度快,次生灾害严重,影响范围大;隧道突水突泥灾害的孕险环境因素有长条状谷地汇水负地形、水资源丰富、导水通道发育、岩层水稳定性差,而超前勘探工作不充分、注浆效果不到位及施工扰动是灾害的主要致灾因子,岩体受地下水浸泡软化,岩层在静水压力作用下被击穿,掌子面发生局部渗流失稳,形成突水通道,渗流转变为管道流,形成突泥通道,在静水压力和动水冲刷的共同作用下迅速演化发展成突水突泥灾害,同时引发地表塌陷、河流断流、池塘干涸等次生灾害;通过修正帷幕注浆参数,隧道注浆治理段开挖面整体稳定性显著增强,稳定渗流量减少53.78%~80.19%,对隧道堵水加固效果明显,能有效防治了突水突泥灾害,确保工程施工安全,缩短建设工期,增大工程效益。研究成果对全强风化花岗岩隧道防治突水突泥灾害具有一定指导意义。     

动力扰动下岩溶隧道突涌水渗流-应力-损伤试验研究

为探究不同距离下充水溶洞对岩溶隧道突涌水灾变演化的过程,基于扫描电子显微镜 SEM 对研究区的灰岩进行微观结构表征分析,再采用岩石破裂过程分析软件 RFPA2D-Flow 建立数值模型,模拟不同距离溶洞对隧道开挖的影响。试验结果表明：通过 SEM 观察发现,灰岩矿物内部晶体颗粒分布不均匀,形状不规则,存在溶蚀孔隙较为发育。隧道在开挖扰动过程中,不同距离下溶洞对隧道围岩破坏过程影响显著,当相对距离 1 m 时,溶洞周围围岩单元损伤最严重,2 m 时次之,处于临界状态,3 m 时最小。整个开挖过程大致可分为三个阶段：压密阶段、裂缝扩展阶段、失稳破坏阶段。根据 AE 计数与 AE 总能量的趋势变化,可以清晰反映出在隧道突涌水的灾变演化情况。研究成果对富水岩溶隧道突涌水的防预和处治提供给理论指导。     

TBM在不良地质条件下施工的优势

介绍了西部某引水工程在断层破碎带、软弱岩层、富水洞段等不良地质条件下TBM的施工情况。     

潘西煤矿断裂构造突水机制探讨

分析了潘西煤矿历年断裂构造突水资料,把其断层突水类型分为两大类:一是导水断层引起的突水;二是采动引起的断层“活化”突水。导水断层突水主要是由于构造岩带与底板裂隙相互贯通而致。采动引起的断层突水主要是在采动、矿山压力、地温应力、水应力、构造应力等共同作用下,断层产生滑移、张开,断层派生解理与裂隙发生蠕变、扩展、扩径、生长、相互贯通形成导水通道。应用断裂力学理论推导出断层产生滑移、解理发生扩展的计算公式。     

高渗压条件下裂隙岩体的劈裂破坏特性

基于岩体工程中普遍存在节理裂隙岩体,裂隙岩体在地下工程卸荷扰动后形成复杂应力状态和高水头压力的共同作用下将发生压剪复合破坏或拉剪复合破坏,对裂纹面的应力状态进行分析以判定其破坏模式,并进一步研究岩体裂纹开裂特性及岩桥断裂贯通力学机理,建立相应的临界水压和初裂强度判据。同时,对处于水力劈裂状态的高水头压力隧洞围岩的破坏特性进行模拟。研究结果表明:隧洞在高渗透水压的驱动下周边围岩开始发生水力劈裂,形成拉剪劈裂区;随着内水外渗的发展,随即在拉剪劈裂区外侧形成压剪劈裂带,同时,拉剪区和压剪区继续扩展直至渗流衰减趋于稳定。     

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。     

石灰岩损伤演化的断裂力学模型及耦合方程

采用断裂力学方法分析裂纹起裂条件 ,建立腐蚀损伤岩体水力 (劈裂 )损伤的演化方程 .水化损伤的演化用矩(碟 )形板模型表示 ,用化学动力学的方法———PWP(Plummer Wigley Parkhurst)方程推导出水化损伤的演化方程 ,在此基础上 ,通过拉剪状态下水化 -水力耦合损伤演化模型 ,建立了水化 -水力耦合损伤演化方程 ,并结合工程实例将其用于耦合损伤条件下应力强度因子和渗透张量的计算     

基于数字图像技术的类岩材料直剪破坏试验研究

天然岩体包含孔隙、裂隙以及其他缺陷等,这将导致岩体力学性能产生一定的劣化。为研究裂隙倾角对岩体破裂失稳以及变形场的影响,分别制作了倾角为0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°的7种预制单裂隙类岩试样,利用ZTRS-210岩石直剪仪和非接触全场应变测量系统进行直剪试验,并对裂纹扩展和全场应变进行同步监测。结果表明：类岩材料的峰值剪应力随裂隙倾角增加表现出增-减-增-减的趋势,裂隙倾角15°时最大,60°时最小;随着裂隙倾角的增加,试样的破坏模式由共面剪切破坏向拉剪复合破坏转变,倾角90°时为沿剪切面剪切破坏,并伴随较多的次生裂纹;相同倾角时,应变场随荷载增加由应变均匀分布转变为应变集中分布;应变均方差在压密阶段以及弹性阶段较小且增长缓慢,在塑性阶段以及破坏阶段骤增。研究结果可为岩体工程稳定性分析提供一定的参考。