隧道充填岩溶管道滑移失稳突水机制

为探究隧道充填岩溶管道滑移失稳突水机制,将岩溶管道视为"塞子",建立岩溶管道滑移失稳突水的地质模型和力学传递模型,推导出充填岩溶管道失稳判据及安全系数计算公式,并通过算例分析岩溶管道倾角和含水体水位对岩溶管道安全性的影响。研究结果表明:弱透水或不透水的充填岩溶管道在突水过程中的作用类似"塞子",具有较强阻水性能,此时突水模式为岩溶管道的充填物滑移失稳突水;隧道开挖过程中,作用在岩溶管道的下滑力和抗滑力达到临界条件时,管道发生滑移失稳,最终导致突水的发生;充填岩溶管道的安全系数随着含水体水位增大而不断降低,管道倾角对安全系数的影响比水位的影响小;地下水对岩溶管道安全性的影响很大,其中渗透压力、静水压力和扬压力对管道安全性的影响较大,是触发管道发生滑移失稳、引发突水的关键因素。     

溶腔与隧道拱顶间预留岩塞厚度的计算方法

针对隧道拱顶遭遇充填溶腔时的岩塞安全厚度问题,基于极限分析原理构建合理的破坏模式,推导出优化过程,并用该方法得到Ⅰ~Ⅴ级围岩条件下对应的岩塞安全厚度.研究结果表明,随着围岩质量的逐级降低,岩塞安全厚度逐渐增大.此外,将该方法应用至“宜万铁路”大支坪隧道,良好的数值结果验证了方法的正确性.     

宜万铁路岩溶隧道防排水原则及技术研究

宜万铁路岩溶隧道地质条件复杂、岩溶形态多样,高压富水溶腔段是岩溶隧道治理的重点和难点。在对充填型溶腔进行富水分级的基础上,制定岩溶隧道的防排水原则。对于可以排放的溶腔,研究总结了使岩溶水的排放得到合理控制的总体方案和安全保障方案。对于采用“以堵为主”原则进行处理的高压富水充填岩溶,研究总结了相应的全断面帷幕注浆技术、隧道周边超前预注浆技术,并提出了外堵内固周边注浆新技术,在保证安全的前提下极大地加快了施工进度。宜万铁路岩溶隧道的结构防排水按照“因地制宜、堵排结合、多道防线”的原则进行。     

岩溶隧道突水突泥防突评判方法及其工程应用

为实现对岩溶隧道安全性的快速评价,采用统计与理论分析相结合的方法,针对岩溶隧道突水突泥灾害的灾害源和防突结构,选取水动力条件、不良地质、防突厚度及围岩特征这4个方面因素,建立一种适用于工程现场的突水突泥快速判识方法即岩溶隧道突水突泥防突评判方法(PSAM法),构建突水突泥防突评判影响因素指标体系,即以防突厚度、水压力特征、不良地质、岩体质量和完整性为主要影响因素,围岩节理状态、水源补给条件、水力连通性、岩石强度为次要影响因素,岩层走向与倾角、地应力、岩体透水性特征为修正因素,提出各影响因素的分类方法和等级划分体系,形成适用于工程现场快速查询与评判的影响因素分级与评分表,阐述防突评判实施流程。将该评判方法应用于宜万(湖北宜昌—重庆万县)铁路野三关隧道"602溶腔"大型突水突泥灾害工程。研究结果表明:该评判方法克服了现有突水突泥风险评价不能描述防突结构围岩特征及厚度影响作用的不足以及传统最小安全厚度计算方法针对孕险环境和围岩特征等重要影响因素考虑不全面的欠缺;工程应用结果验证了该评判方法的科学性和实用性。     

海底岩溶隧道损伤-渗流耦合机制及其应用

目的分析多场耦合作用下海底岩溶隧道稳定性.方法建立基于Hoek-Brown准则的岩体弹塑性损伤-渗流耦合模型,通过ABAQUS软件中Umat子程序接口实现了模型的有限元计算,利用该模型对大连海底岩溶隧道进行数值计算.结果溶洞作用下地表沉降曲线在开挖面中线两侧存在较大差异,随着上覆海水压力的增加,沉降最大值出现小幅增长,其位置逐渐向溶洞中线处偏移;当施加充填水压时,地表沉降值、开挖面附近围岩位移值和衬砌最大主应力值均发生明显变化;随着充填水压的加载,隔水岩体的损伤值和损伤区域逐渐增大,渗透系数成数量级增长,形成的导水通道为开挖面发生突水突泥灾害埋下了隐患.结论计算结果对岩溶区隧道监测和突水灾害防治具有指导意义.     

云南某高速公路隧道岩溶发育特点及其灾害治理实例

岩溶隧道施工遭遇岩溶特别是充填(水、黏土)岩溶,极易发生涌突水、涌突泥灾并引发隧道冒顶、地表水源流失等地质灾害及地表生态环境破坏问题,轻则影响工期,重则对洞内施工人员和机械设备造成危害.研究岩溶隧道穿越位置岩溶发育及其充填性质,总结隧道施工岩溶灾害处理经验,无疑对今后西南岩溶隧道施工具有重要的指导意义.以云南某高速公路隧道为例,对季节变动带岩溶发育分布规律、岩溶灾害治理进行了初步探讨.     

公路隧道充填型岩溶管道突水灾变机理及演化过程数值分析

为研究公路隧道充填型岩溶管道突水灾变机理及其演化过程,针对地质缺陷型岩溶突水构造,建立充填型岩溶管道3种力学失稳模型,对所建立的失稳模型进行力学解析推导,得到相应的失稳判据。以富安省和庆和省之间1号公路的DEO CA隧道发生岩溶突水为典型工程背景,对其突水灾变演化过程展开计算分析,采用真实破裂过程分析程序RFPA和快速拉格朗日Flac3D程序分别对岩溶管道突水灾变的微、宏观演化过程实施数值仿真分析。研究结果表明:岩溶管道充填体的安全系数K=0.46,说明充填体将发生滑移失稳并导致岩溶突水,解析计算结果与现场突水实际相吻合。数值计算结果较好地反映了岩溶管道突水的全过程演化机制。     

云雾山隧道岩溶发育特征及治理

对隧道揭示岩溶、岩溶特征及处理措施进行了详细介绍,并对不同岩溶类型提出针对性的治理对策。同时强调在遭遇大规模高压富水充填溶腔时,对宏观地质背景的分析和认识在决定治理方案时的重要作用。提出长大岩溶隧道施工时遇到大规模岩溶时有针对性的采用绕避方案,及时调整施工组织,确保工期目标的实现。     

宜万铁路马鹿箐隧道高压富水岩溶治理技术

岩溶灾害严重危及隧道施工的安全,影响施工的进度,是目前国内外隧道建设面临的重点和难点问题。首先对马鹿箐隧道历次涌突水特征进行了分析,主要阐述了超前地质预报技术、水文观测、反坡追排水清淤技术和泄水释能工法等技术在+978溶腔的岩溶水处治中的应用,最后对溶腔揭示后隧道跨越溶腔段的工程处治措施进行了详细介绍。马鹿箐岩溶隧道成功的施工经验,为今后类似隧道工程中大体量高压富水隐伏岩溶问题的处理提供参考和借鉴。     

考虑Hoek-Brown准则的挡土墙主动土压力

基于挡土墙对数螺旋破坏机制,考虑非线性Hoek-Brown强度准则,采用极限分析上限法计算了挡土墙的土体重力功率、内能耗散率和主动土压力功率,根据虚功率原理推导了挡土墙的主动土压力解析式,并采用Matlab软件求解了主动土压力的最优上限解.分析挡土墙和土体的参数、Hoek-Brown强度准则对挡土墙的主动土压力及稳定性...     

基于非线性破坏准则的岩体剪切强度参数确定方法

剪切强度预测是岩体稳定性分析的重要内容,为了采用Hoek-Brown非线性准则描述岩体的剪切强度参数,利用理论推导和数值拟合的方法,探讨了Hoek-Brown参数到Mohr-Coulomb参数的转换过程,并分析了非线性准则中各个参数对于剪切强度参数的影响.结果表明.通过大量数据拟合回归的方法可确定剪切强度参数与Hoek-Brown准则参数之间的关系;随着地质强度指标GSI的增大,岩体的剪切强度参数c和φ均不断增大,黏结力较内摩擦角对于岩体地质强度指标的变化更为敏感;二者随mi的变化幅度均不大,GSI对于岩体强度的影响大于mi.     

包含岩石临界状态的Mohr-Wedge准则适用性研究

Mohr-Wedge(MW)岩石强度准则是基于岩石楔形破坏力学模型及主应力间的偏微分方程等的理论性公式推导.利用量纲分析整理该准则所含的多个参数,并赋予参数相应的物理意义,可使该准则简单易懂.为分析包含岩石临界状态的MW准则适用性,选取Mohr-Coulomb准则、Hoek-Brown准则和指数准则为比较对象,以平均绝...     

非线性准则下隧道围岩响应的理论和数值分析

采用Hoek-Brown非线性准则描述岩土破坏特征更能反映岩体固有特点和非线性破坏特征,以及岩石强度、结构面组数、所处应力状态对岩体强度的影响。首先,通过理论分析,得到了围岩开挖后应力和变形情况;然后,利用数值计算软件,建立了Hoek-Brown准则下隧道的数值计算方法和计算模型,分析了隧道在开挖情况下的应力变形情况,得到围岩的径向应力、切向应力、剪应变分布、塑性区分布和位移情况,并将数值计算结果与理论计算结果进行对比,结果表明:①隧道开挖引起岩体的扰动,使其从平衡状态转为不平衡状态。随着时间的推移,不平衡力逐渐在岩体中消散均化,岩体的扰动逐渐减小,最终趋于平衡。②数值解均略大于理论解,但二者差别十分微小,从而验证了数值方法的正确性。     

弹性-脆性-损伤模型及其在岩石局部破坏研究中的应用

在弹性-脆性-损伤本构模型中,采用了由线性的莫尔-库仑剪切屈服函数和非线性的虎克-布朗屈服函数复合后的屈服函数,以适应高压应力条件下岩石变形及破坏规律的研究.为了考虑脆性岩石在应力突然跌落过程中的弹性模量的变化,引入了一个损伤因子,以描述损伤的程度.此外,还考虑了围压对弹性模量的增强作用.对平面应变压缩条件下的矩形岩样的破坏过程进行了计算,并与接近脆性的带拉伸截断的应变软化莫尔-库仑模型的结果进行了对比,发现了它们之间的差异.又对静水压力条件下的平面应变模型开挖圆形巷道之后的破坏区、轻微的剪切及拉伸岩爆区和体积模量的分布进行了计算.研究发现,当考虑围压对弹性模量的影响后,体积模量的高值区位于V形坑的尖端,而V形坑内部的损伤程度随着损伤因子的增加而增加.如果不考虑围压对弹性模量的影响,V形坑尺寸大、较钝.研究结果表明,不同岩石脆性破坏过程中的损伤程度及围压对弹性模量的影响程度不相同是导致V形坑形态差别的原因之一.     

基于Hoek-Brown准则的无限岩坡稳定性概率可靠度分析研究

无限岩坡稳定性分析问题是一个概率问题。结合由Hoek-Brown准则衍生的等效Mohr-Coulomb参数,采用概率密度函数联合分布方法确定无限岩坡最终安全系数的概率分布,借助Matlab数学软件对该方法实现程序表达,并对安全系数的4个影响因素进行敏感性分析。结果表明:联合分布法可以用作对无限岩坡稳定性分析的评价;安全系数的最终概率分布曲线呈现正态分布;GSI、σci、mi和γ均值的减小对安全系数的影响程度存在差异,其中σci和γ的影响作用特别显著。     

基于H-B强度理论的桩端岩层安全厚度确定

针对岩溶区桩端岩层安全厚度确定中存在的问题,引入能综合考虑岩体质量及三向应力的影响的Hoek-Brown岩体经验强度准则,确定了岩体抗拉强度计算公式,并采用Lambe变换,建立了较为实用的岩体剪切破坏强度公式.基于桩端岩体破坏模式,确定了桩端岩层安全厚度的计算方法.参数分析表明:RMR值对桩端岩层安全厚度有强烈影响,RMR值越高,安全厚度越小,反之越大.对于一般天然下自稳状态的溶洞顶板,安全厚度取3倍桩径较为合理.最后结合工程实例对本文计算方法进行了验证.     

海洋天然气水合物强度准则适用性分析

为分析常三轴压缩条件下不同饱和度天然气水合物在不同围压下强度破坏准则的适用性,基于Mohr-Coulomb、Mogi-Coulomb、Hoek-Brown、广义Hoek-Brown和Drucker-Prager准则,结合天然气水合物的应力-应变曲线,进行天然气水合物强度拟合。结果表明,Mogi-Coulomb准则和Drucker-Prager强度准则计算值与实验值平均误差率小于2%,拟合曲线相关系数大于0.99,表明这两种强度准则与实验结果具有较高的一致性,而Hoek-Brown准则拟合曲线相关系数小于0.95,在天然气水合物低围压下并不适用。研究结果可为天然气水合物井壁稳定研究,保障水合物开采安全进行,提供理论参考。     

云雾山隧道围岩力学性质研究

对宜万铁路云雾山隧道灰岩进行室内三轴压缩试验研究,分析与比较了自然状态和饱和状态试样在不同围压下应力-应变关系曲线,结果表明,含水状态和围压对岩石的峰值强度、轴向应变及弹性模量均具有一定影响.在主应力空间内,利用线性莫尔-库伦强度准则拟合试验数据得到岩石的强度参数C,φ值,为该隧道工程的计算分析提供参考.对岩样的破坏特征进行分析后得出:在较低围压下,试样基本上为宏观单一断面的剪切破坏,随着围压的增大,试样有向两个相交的剪切面发展的趋势.     

节理岩体数值模拟及力学参数确定

采用FLAC3D程序和离散裂隙网络技术构建的遍布节理岩体模型能同时考虑节理岩体中节理和岩体的作用,具有概念清晰、建模快捷、计算效率高等特点. 首先对现场结构面测绘数据进行统计分析,获得其概率分布特征参数,在此基础上分两尺度考虑节理并确定其离散裂隙网络模型;其次基于离散裂隙网络模型构建相应的节理岩体模型,研究其强度特征并获取工程岩体单轴抗压强度;结合Hoek-Brown、Mohr-Coulomb准则及最大围压拟合综合确定节理岩体力学参数;最后将拟合所得参数用于边坡稳定性分析,分别运用强度折减法和极限平衡法计算两种模型的安全系数,对比发现计算结果基本一致,表明所提出的研究思路用于确定节理岩体参数是可行的.