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。     

山岭隧道地下水渗流及加固参数的解析研究

为研究山岭隧道渗流压力、渗流量以及加固参数对渗流的影响,假定圆形隧道周围存在各向同性的径向稳定渗流场,推导了地下水渗透压力分布规律及渗流量公式.实例分析表明,渗透压力的分布具有非线性特征,在排水情况下设置围岩加固圈和初期支护可明显减少作用在衬砌上的渗透压力及地下水排放量.运用文中公式计算的毛洞渗流量比较接近相关资料提供的实际涌水量,说明文中方法对预测类似隧道涌水量具有一定的参考价值.另外,由加固参数与水压力及渗流量的相关性分析可知,随着加固圈渗透系数的减小及厚度的增加,二次衬砌上的渗流压力和渗流量一开始急剧减小,当加固参数达到一定界限值时,地下水渗流压力及渗流量基本保持不变.     

基于海底隧道衬砌孔隙水压力的涌水量预测方法及工程应用

为获取海底隧道的环向涌水量,以海底隧道衬砌背后孔隙水压力分布为主线,在达西定律的基础上推导了与孔隙水压力相关的涌水量预测公式,公式与隧道尺寸、隧道初衬渗透系数相关,充分考虑了支护结构外缘水压力的影响,进而得到隧道洞内各处涌水量值,将涌水量计算值与现场测量值进行对比,进一步验证了公式的准确性.研究结果表明,隧道开挖时渗流场影响范围集中在隧道主洞左右各3倍洞径内,主要影响范围集中在洞周2倍洞径内.隧道开挖瞬间,洞周渗流场呈漏斗状分布,直至隧道开挖贯通.围岩性质越差,其隧道衬砌背后孔隙水压力越大,仰拱处孔隙水压力普遍大于拱顶,最大孔隙水压力一般出现在边墙与仰拱交界处.通过编译涌水量预测公式,得到隧道的涌水量,并将其与隧道现场实际情况对比,证实了公式的准确性.该涌水量预测方法为海底隧道现场施工提供了理论支撑.     

地铁盾构施工引发地面沉降三维流固全耦合数值模拟预测

为了研究地下水影响下盾构施工引发的地面沉降,用比奥(Biot)固结理论,将土体本构关系推广到黏弹塑性,引入土体参数随着有效应力的动态变化关系,建立盾构施工引发地面沉降三维流固全耦合数学模型,并采用伽辽金加权余量法对数学方程进行离散,运用FORTRAN95语言研发有限元程序.以成都地铁4号线一期工程玉双路站至双林路站盾构区间段为例,通过对比实测地面沉降量和计算沉降量验证模型可靠性,并模拟预测了盾构施工过程中引发的地面沉降和土体中孔隙水压力的变化特征,同时模拟土体参数动态变化特征.结果表明:实测地面沉降量与计算值吻合较好,模型可靠,盾构隧道施工引发的地面沉降在左右线盾构隧道轴线之间较大,远离左右线盾构隧道轴线,地面沉降量减小,且随着盾构施工的进行,在开挖面处孔隙水压力降至最低,随着管片支护完成,孔隙水压力逐渐恢复.     

围岩水压力影响因素分析

为保护洞顶山区的水资源和环境,近年来,隧道防排水开始尝试"以堵为主,防排结合"的原则。但是,隧道封堵地下水便会承受巨大水压力,尤其是深埋岩溶长隧道,水压力往往高达若干兆帕,使衬砌难以承受。因此,确定隧道外水压力成为设计中的一个关键问题。在"以堵为主,防排结合"中"堵"是控制流量,而"排"则是减小作用在衬砌结构上水压力的主要手段。一方面在衬砌背后设置排导系统,用以消减水压力;另一方面采用地层注浆来控制地下水排放流量。就此根据公式导出水压力、排水量与注浆圈三者之间的关系。     

隧道渗流引起的孔压变化及地层和隧道沉降

基于复变函数的映射变换,在考虑衬砌作用的前提下,推导了稳定渗流时浅埋隧道周围土体中孔隙水压力分布、地层和隧道长期沉降的解析表达式,并将其运用到上海地铁盾构隧道中,重点分析了不同渗流条件下的孔隙水压力分布及地层和隧道长期沉降发展规律.研究表明,土体与衬砌的相对渗透系数对隧道和地层沉降发展影响显著,不同相对渗透系数引起的渗流量不同,渗漏量不同是影响隧道周围孔压分布及沉降发展的关键因素;地表和隧道的沉降随渗流量的增加线性增加,因此在盾构隧道运营期间,应加强对隧道渗漏水的检测,及时采取补漏措施.     

合肥地铁盾构隧道下穿河道施工数值模拟分析

文章针对合肥地铁1号线盾构下穿南淝河存在的安全隐患,基于流固耦合原理与有限差分方法,采用FLAC3D对隧道盾构开挖流固耦合效应进行模拟,分析了盾构推进过程中隧道周边土体孔隙水压力规律、竖向应力场、拱顶沉降等。研究表明:盾构开挖导致隧道拱顶及两侧土体孔隙水压力明显降低,地下水在水压力的驱动下向拱顶与两侧流动,这些部位容易出现危险,要防止涌水事故的发生;考虑流固耦合后,围岩竖向应力值变大,最大拉应力与压应力均变大,隧道周边局部围岩出现较大的应力集中现象,对隧洞安全不利,拱顶竖向位移增大,竖向位移在水平方向从隧道中心向两侧不断减小,而土体后期固结沉降占最终沉降的比例达到30%,要加强后期监测,防止沉降过大影响隧道安全。     

岩溶地区隧道高压大流量涌水轴向封堵处理技术

针对岩溶地区隧道高压大流量涌水,从处理思路和施工工艺两个方面介绍了基于高压堵水灌浆的轴向封堵技术。轴向封堵技术主要用于处理击穿隧道掘进过程中掌子面前方未开挖围岩中的富水部位而导致的高压大流量涌水。隧道高压大流量涌水轴向封堵技术施工速度快,封堵效果好,减少地下水资源流失,节省施工过程中的抽排水成本与运行成本,具有良好的经济和环境效益。     

盾尾密封对盾构周边渗流场及正面稳定的影响

基于地下渗流基本方程,采用有限差分法对江底隧道盾构施工中产生的周边渗透力进行了分析,并推导了渗流条件下盾构正面稳定的判别公式.分析表明:隧道开挖后,隧道周边土层的孔隙水压力将重新分布,开挖面附近孔隙水压力等值线呈楔形体,隧道开挖面上孔隙水压力变化达到最大;而开挖面附近的总水头等值线围绕开挖面呈环形分布,渗透力的最大值出现在开挖面上及盾尾透水处.土中渗透力使隧道开挖面稳定性系数减小,但盾构压力舱内的泥水压力有利于隧道正面的稳定.分析还表明,如果盾构掘进过程中盾尾有透水现象,则整个盾构机将处于水头产生较大变化的范围之内,会导致极其严重的后果.     

甘肃黑方台突发型黄土滑坡形成过程的物理模拟

中国黑方台地区发育了大量突发型黄土滑坡,这类滑坡变形破坏过程中伴随了显著的超孔隙水压力,通过现场调查概化这类滑坡的特征建立模型进行室内物理模拟,还原了这类滑坡的变形破坏过程,并分析了孔隙水压力与位移的响应规律,结果表明:滑坡变形前地下水产生的孔隙水压力需要达到一定程度,坡体破坏前出现了持续性的缓慢蠕动,在此期间滑坡体后方的孔隙水压力产生波动导致变形加快,进一步促使滑坡体内部产生超孔隙水压力,最终使土体产生显著的超孔隙水压力导致滑坡失稳破坏。黑方台地下水产生的静孔隙水压力是使突发型滑坡产生蠕动变形的原因,而蠕动变形导致的孔隙水压力波动是造成滑坡变形突增失稳破坏的诱因。     

矿山法隧道地下水控制分析

基于应力场与渗流场双场耦合的理论,采用三维有限差分软件FLAC3D,针对在富含地下水区域采用矿山法修建的隧道,研究采取不同的防水措施时,地下水渗流对周围环境的影响及作用在隧道衬砌结构上的水压力的分布规律,研究分析表明:对地下水采取"以堵为主,限量排放"的合理性,为类似工程的设计和施工提供参考。     

水平旋喷成桩引起超静孔隙水压力研究

为研究水平旋喷成桩对周围地层的影响问题,优化水平旋喷桩设计施工,采用现场试验的方法研究了水平旋喷成桩引起超静孔隙水压力的变化规律,探讨了水平旋喷施工的影响范围。水平旋喷成桩对周围地层的扰动较大,引发土体中产生较高的超静孔隙水压力。通过对水平旋喷成桩过程的分析,可以分为高压射流形成阶段,高压射流与土体相互作用阶段和水泥土固化阶段。研究结果表明:水平旋喷成桩产生的超静孔隙水压力随着施工阶段的改变而变化,高压流体注入时有所增大,而钻喷杆卸杆时则有所减小;成桩引起的最大超静孔隙水压力与注浆压力呈近似线性关系;随着施工距离的增大,超静孔隙水压力不断减小,当施工距离大于15 m时,基本可以忽略成桩引起的超静孔隙水压力;以水平旋喷成桩引起地层反应小于5%作为影响范围控制值,则超静孔隙水压力影响范围约为15~20倍成桩半径,可以采用指数函数的形式表达超静孔隙水压力与施工距离的关系。     

贵新公路江西坡滑坡工程治理

通过工程滑坡实例,进一步说明孔隙水压力对边坡的危害主要表现为水柱的高低对坡体产生的水平推力。对地下水进行合理引排,降低孔隙水压力,对滑坡治理起到重要作用。     

排水板施工对软黏土扰动的现场试验研究

通过软黏土地基上塑料排水板施工过程的孔隙水压力观测及现场十字板强度试验,研究了排水板施工前后地基土体孔隙水压力增长和消散的规律,并且从软黏土地基的有效应力变化和结构扰动等方面分析了土体强度损失及恢复过程.结果表明:单根排水板施工引起的孔隙水压力增长较小,仅对表层孔隙水压力影响大;板群的施工对4 m范围内土体孔隙水压力的增长有叠加效应;排水板施工一方面使软土地基内的孔隙水压力增长,有效应力减小,导致软土强度的降低,另一方面使地基软土结构发生破坏而引起软土强度降低;孔隙水压力的增长引起的地基土强度损失恢复较快,而结构扰动引起的强度损失恢复较慢.     

饱和软土地基中群桩施工引起的超孔隙水压力

通过对挤土桩桩基施工过程中实测资料的分析和理论研究,认为群桩施工时的超孔隙水压力与单桩情况下的不同.虽然群桩的影响因素更为复杂,但在各桩施工时的相互影响和“水裂”作用的限制下,孔隙水压力值仍会趋于稳定.为此对饱和软土中桩群范围内超孔隙水压力的产生、分布和变化趋势进行了探讨,对桩群外超孔隙水压力的分布规律和影响范围也进行了讨论.     

粉喷桩施工过程对桩周土影响机理分析

通过对现有粉喷桩施工过程喷粉压力的分析,提出了粉喷桩施工过程喷粉压力对桩周土体作用的分析模型,该模型可以考虑施工过程桩周土体中超静孔隙水压力随深度变化.分析了粉喷桩施工过程的桩周土体超静孔隙水压力产生与消散规律.利用平面圆柱扩张理论分析某一深度处超静孔隙水压力,求解出粉喷桩施工对桩周土体产生塑性区半径大小的解析式.由理论计算结果与实测结果表明,桩边附近的超静孔隙水压力的理论值与实测值较为吻合,而由于假设条件与实际情况存在着一定的差异,导致理论计算结果的塑性区半径偏大.但由理论计算表明,理论公式能较好反映粉喷桩施工对桩周土体的影响规律.     

关于隧道工程防渗流水施工难题的探讨

该文介绍常吉高速公路二期工程中最长的青山岗隧道,该隧道地下水类型主要为松散层孔隙潜水和基岩裂隙水.此隧道中有100多米位于山体背斜构造的轴部,地下水影响较其它地段尤为突出,需采取有效的施工措施,确保隧道二衬不出现渗漏水现象及有效保持隧道周边水文环境意义重大,为此,该文对隧道的防渗流水施工难题一起进行简单的探讨.     

地下水作用边坡稳定性的运动单元法分析

讨论了地下水作用边坡稳定性分析的运动单元法基本原理与公式,推导了有孔隙水压力影响的单元静力平衡方程和单元边界水压力的计算式.采用运动单元法对地下水作用边坡最危险滑动面进行全自动搜索,研究结果表明,地下水作用边坡的安全系数远小于无地下水作用边坡的安全系数.     

降雨诱发双层土坡地下水上升及稳定性分析

降雨入渗使土坡坡体内孔隙水压力增加,水位上升而导致边坡稳定性下降。建立两种双层土坡模型,分别研究在暴雨、大雨和小雨三种情况下坡体内孔隙水压力变化规律;同时分析降雨引起地下水上涨的运动特性及土坡稳定性变化。研究结果表明:不同类型土质边坡在降雨情况下土体孔隙水压力变化规律是不一样的,雨水入渗的深度也不同;降雨过程中,上层为低饱和渗透性土体下层为高饱和渗透性土体的边坡接触面上孔隙水压力比临近土体的孔隙水压力大,这不同于均质边坡。降雨情况下,土体性质和降雨特性对地下水上涨的运动规律和边坡稳定性有重要的影响。     

单洞双层大断面地铁止水施工技术研究

深圳地铁一期工程4A标段的单洞双层大断面地铁施工目前在国内极为少见，且地层上软下硬、地下水极为发育，地下水位高，水压力大，整个隧道开挖过程不允许出现地面塌陷、突水和涌砂现象，给施工止水带来一定困难。施工难度很大。通过地面注浆止水帷幕、洞内小导管注浆加固和冷冻止水帷幕等施工研究，较好地解决了施工难题。