砂岩地下水封洞库各向异性渗透系数确定方法及应用

砂岩地区建设水封石油洞库的关键问题之一是如何方便、准确地确定砂岩的各向异性渗透系数。文章通过对三维渗透张量矩阵的分析,利用空间几何原理推导渗透张量到标量数值转换的等效渗透系数计算公式,并结合常规压水试验数据,对张量矩阵渗透系数的计算结果进行修正。同时,提出采用钻孔超声波成像综合测试系统获取节理、裂隙的几何要素,作为张量矩阵计算的输入数据,将渗透张量矩阵和常规压水试验相结合,最终建立了岩体各向异性渗透系数的确定方法。工程实例证明该方法操作方便,结果准确。     

裂隙围岩的双场耦合可靠性分析

应力场和渗流场在裂隙围岩中的耦合变化规律,是非常复杂的力学过程。运用断裂损伤力学和可靠性评价原理,可推导出裂隙围岩可靠度表达式,说明可靠度与应力分布、渗流力作用、节理分布和岩体性质的相互关系。文章利用推导的裂隙围岩可靠度表达式,在雪峰山隧道YK97 847处进行计算验证,结果表明,在裂隙围岩中,可靠度低的部位不一定在主应力方位,也不一定在隧道顶端,而是因地应力分布、渗透水压、节理分布和岩体性质等综合作用,使局部围岩可靠度相对较低,该处围岩最容易变形坍塌。此研究结果可为隧道支护施工提供参考。     

考虑渗流、非轴对称荷载作用的隧道围岩塑性区分析

文章考虑了渗流体积力,推导了渗流场作用下隧道围岩的应力分布规律和塑性区表达式,并分析了隧道塑性区范围与孔隙水压力、侧压系数,以及岩体强度和初始地应力比值k之间的关系。研究表明:渗流场仅对塑性区范围有影响,对塑性区形状没有影响;随着侧压系数以及岩体强度和初始地应力比值k的不同,渗流对隧道围岩塑性区范围的影响沿不同方向表现出各向异性,且随着侧压系数以及岩体强度和初始地应力比值k的增大各向异性程度逐渐弱化;侧压系数、岩体抗压强度与初始地应力比值k不仅影响塑性区的范围,同时影响着塑性区的形状,当k1时,侧压系数对隧道塑性区的范围和形状起主要作用;当k1时,岩体强度对隧道围岩塑性区的范围和形状起主要作用,且随着岩体抗压强度的增大,塑性区范围逐渐减小,在隧道两帮处随侧压系数的减小易出现塑性区。     

断层影响带地应力特征及稳定性验证

为研究分析福建某隧道两断层影响带的地应力场特征,在其隧道中部断层影响带附近两钻孔中采用水压致裂法进行了地应力测试.测试结果表明:断层影响带测试区地应力符合一般地应力分布规律,水平主应力随深度增加有增大趋势,局部裂隙导致部分测点应力值偏高或偏低;两测孔最大水平主应力方向一致,均为NNW向.该测试结果与区域构造应力场基本吻合,也接近于同区域围岩完整区地应力测试成果.文章根据该测试成果分析了该测试区的地应力特征,并采用滑动准则下限验证了两测孔所在的断层的稳定性.     

不同应变速率下裂隙砂岩强度特性及贯通破坏模式研究

施工开挖速度及工作面推进速率会对周围岩体的变形破坏行为产生极大的影响。为研究不同应变速率下裂隙砂岩强度特性及贯通破坏模式,利用伺服压力机对其进行单轴压缩,分析了裂隙砂岩力学特性、贯通破坏模式等随应变速率的变化规律,并从能量演化角度阐释了不同应变速率下裂隙砂岩的力学行为。结果表明:(1)裂隙砂岩试样峰值强度会随应变速率的增加,呈增大趋势且增幅逐渐变大,与完整砂岩相比,其应力—应变曲线呈现较大应力波动;(2)裂隙砂岩贯通模式主要以拉剪贯通为主,且随着应变速率增大,试样三裂隙区域破坏程度更大,剪贯通模式越为显著;(3)随着应变速率的增加,总能量、弹性能及耗散能均随应力的增大而增大,且应变速率越大,储存的弹性能所占输入总能量的比例越大,而耗散能所占比例越小。     

隧道混凝土防水性能研究

从多孔介质渗流力学角度出发,研究了水在混凝土中的渗流规律,通过试验测定了混凝土的渗透系数和启动压力梯度,并结合非Darcy渗流理论分析了水在混凝土内渗透深度和时间的关系.结果表明,混凝土的渗透系数极低;水在渗透过程中存在一个平衡深度;隧道混凝土可以达到较高的抗渗等级,而抗渗等级法不适合评价高强混凝土.通过研究,提出抗收缩能力才应是防水混凝土的关键问题所在,并希望在今后的防水混凝土配合比设计中得到足够重视.     

基于D-P屈服准则考虑渗流影响的深埋有压圆形隧洞弹塑性解

山岭深埋隧洞具有丰富的地下水,有压隧洞在施工和运营的不同工况条件下,隧洞围岩第一主应力会发生变化。为了研究有压隧洞施工和运营阶段的地下水的渗流影响,文章基于D-P屈服准则,在平面应变条件下推导了深埋有压圆形隧洞第一主应力分别为径向应力和切向应力时考虑渗流影响的弹塑性解。结果表明:D-P准则模型计算结果与M-C准则计算结果基本吻合,且计算结果较M-C准则偏于安全,验证了该模型的正确性;考虑渗流作用时弹性区径向应力和切向应力随着径向距离的增加不再关于地应力对称,且随着渗透压力的增大,其偏离地应力程度越大;同种条件下,低内水压阶段随着渗透压力的增大塑性区半径增大,高内水压阶段随着渗透压力的增大塑性区半径减小。     

巴基斯坦某隧洞地应力状态及围岩大变形研究

如何利用有限的地应力资料对整个工程区地应力状态进行评估及预测一直是工程设计中的难点之一。文章利用水压致裂法对巴基斯坦某水电站的3个钻孔进行了地应力测量,通过测量获得了工程区地壳浅部现今地应力特征,并利用侧压系数变化规律对深部地应力值进行了预测。测试结果表明:在123~346 m测量深度范围内,地应力值一般随着深度的增大而升高,最大水平主应力量值为4.28~13.86 MPa,最小水平主应力量值为3.02~8.19MPa;在隧道埋深最大处,水平主应力则达到了40 MPa,表明工程区应力场以水平应力为主。利用强度应力比法和Hoek-Brown岩体强度估算方法对工程区应力状态进行了评价,研究表明工程区处于高地应力状态。测试结果说明最大水平主应力优势方向为NEE向,该方向与前人研究成果较为一致,工程区现今构造应力场与印度板块和欧亚板块相互碰撞有着密切关系。根据实测地应力测量结果及地应力预测结果,对水电站输水隧洞围岩大变形进行了探讨,结果表明:当埋深超过300 m时,围岩将发生大变形;当埋深超过800 m时,围岩将发生严重的挤压变形。     

无充填裂隙岩体渗流地层冻结温度场演化规律研究

渗流作用下冻结温度场的求解是一个移动边界、相变、内热源、温度场和渗流场相互影响的多场耦合问题。文章建立了无充填裂隙岩体含相变的渗流场及温度场耦合模型,采用单因素法研究了冻结管间距对渗流作用下无充填裂隙岩体冻结壁演化规律的影响。结果表明:冻结管间距对冻结壁交圈时间的影响规律符合指数函数特征,冻结管间距越大,冻结壁交圈时间越长,且增幅越大;冻结管间距越大,形成同样界面冻结壁厚度所需的冻结时间越长;冻结管间距存在一个临界值,大于该值后,界面冻结壁扩展成相同厚度所需的冻结时间随冻结管间距的增大而急剧增加;冻结管间距越大,冻结壁平均温度下降到设计温度所需冻结时间越长。     

隧道工程中氡的运移规律及其控制研究

隧道工程由于爆破施工使岩体产生大量的裂隙,形成介质中氡及子体的析出.文章根据氡及子体运移规律的研究,提出了合理调整地下通风和局部地段及时喷锚支护的方案,控制氡的扩散、渗流,确保地下隧道及地表环境不受污染.     

前伏溶洞巷道开挖突水数值模拟研究

为研究前伏溶洞对巷道开挖围岩稳定性的影响,文章结合工程实例,采用FLAC~(3D)建立考虑渗流-应力-损伤相互影响的数值模型,分析了溶洞巷道围岩在开挖过程中应力、变形、塑性区以及渗流场的变化特征。分析结果表明:(1)当工作面靠近溶洞时,溶洞对巷道前方岩体的分区破裂损伤现象有一定的抑制作用;(2)随着工作面距溶洞距离的减小,巷道工作面岩体最大位移将逐渐增大并出现"突变"特征,同时最大位移位置也会随着涌水通道的变化而不断变化;(3)当防水岩柱小于一定厚度时,前伏溶洞巷道围岩涌水量将会突然增大,表现出明显的突水现象;(4)巷道围岩渗流与渗透系数变化是导致前伏溶洞巷道突然发生坍塌、掉块以及突水的根本原因。     

砂板岩互层隧道掌子面突水灾变发生模型试验研究

为深入研究砂板岩隧道突水灾变机制及规律，以中老铁路新平隧道为工程背景，通过模型试验再现了隔水板岩渐进破坏型突水灾变演化过程，分析了围岩应力-应变特征、渗透压力与流量随隔水层厚度减小的变化规律。结果表明：（1）砂板岩突水灾害经历了渗流、涌突和衰减3个阶段，本质上是在开挖卸荷和应力-渗流耦合作用下，隔水层中薄弱部位裂隙逐步扩展、贯通直至突水通道形成，隔水层稳定性逐渐丧失的渐进过程；（2）围岩的应力-应变曲线及渗透压力和流量的关系均具有明显的前兆特征和阶段性特征，其变化规律反映了灾害的孕育、发展和演化过程；（3）渗透压力和流量变化过程中均存在一个突变点，突变点可作为隔水层阻水能力劣化的特征点，该点所对应的隔水层厚度即为隔水层临界安全厚度。     

压力循环作用下灌浆材料性能演化及其在地下水封石油储库工程中的应用

地下水封石油储库工程明显不同于常规地下工程,其不仅对水封条件和水封效果的要求较高,而且由于其地质特殊性、结构特殊性和施工特殊性所带来的岩体灌浆难题也是影响工程的重要因素。文章针对国内某大型地下水封石油储库在施工期间部分采用基于硫铝酸盐水泥的灌浆材料,在压力循环灌浆工艺下初凝时间显著提前,温升速度明显加快等问题,通过室内模拟灌浆试验发现,基于硫铝酸盐水泥的灌浆材料在不同压力循环下性能差异性较大,其水化放热的峰值时间随着循环时间的加长而缩短,且循环压力越高,峰值温度也越高;其抗压强度随循环时间的加长而降低,且循环时间越长,抗压强度下降越明显。     

基于非接触测量技术裂隙岩体隧道开挖局部损伤分析

裂隙岩体损伤区的合理确定对于工程开挖和支护方式的选择至关重要。文章针对这一问题,提出了基于现场岩体结构面的精细测量和表征技术,利用优化后的数值模型定量分析隧道岩体损伤区范围及其力学特性;结合辽宁建兴高速公路某隧道开挖工程实例,采用非接触测量手段采集隧道掌子面的结构面信息,并导入GeoSMA-3D系统,生成接近实际情况的三维空间结构面模型;在此基础上利用颗粒流数值方法 PFC计算确定隧道开挖损伤区范围,并对围岩应力、位移曲线和力链、裂隙分布进行了对比分析。其研究结果表明,力链集中表征围岩开挖扰动程度,裂隙的密度表征围岩开挖损伤程度,而裂隙的贯通则与破坏区对应,从而可以较准确地识别节理岩体隧道工程中岩体损伤区范围及其力学特性;同时利用PFC也较好地模拟了岩石在破坏阶段存在的损伤局部化现象。     

压实度对膨胀土渗透特性的影响研究

为研究不同压实度对膨胀土渗透特性的影响规律,文章以南宁膨胀土为研究对象,通过压力板仪试验和变水头渗透试验,结合预测模型对非饱和渗透系数进行预测.结果表明:压实度对膨胀土渗透特性的影响较明显,压实度为95％的膨胀土饱和渗透系数仅为8.69×10-9 m/s,而压实度为75％的膨胀土饱和渗透系数为6.33×10-7 m/s...     

基于改进Sheorey模型的地应力估算方法及应用

地应力是地下工程的基本荷载之一,垂直应力一般可采用上覆岩层压力计算,而水平应力却很难确定。Sheorey建立的静弹性热力学模型在国际上认可度非常高,但该模型未涉及构造作用影响的区域性差异,且没有解决最大、最小水平主应力的各自分布特征问题。文章通过引入区域构造应力修正系数,并结合弹性力学理论,对Sheorey模型进行改进,提出了弹性岩层中水平地应力估算方法。为进一步考察该方法的有效性与实用性,以福建梅花山隧道为依托,进行了原岩应力及岩体模量现场测试工作,并将实测地应力值与计算值进行对比。研究结果表明:理论计算值和实测值存在一定的误差,这主要是由局部地质构造及岩体非均匀性引起的,但在误差允许范围内,仍可满足工程精度要求。     

运营盾构隧道不同椭圆度变形情况下受力性能分析北大核心CSCD

地下结构施工不当会对邻近既有地铁盾构隧道结构产生巨大影响。文章以广州市某地铁线路下穿施工导致既有运营地铁盾构隧道产生较大变形的工程实例为背景,分析了既有隧道结构因地层损失产生不同椭圆度变形情况下管片结构的受力情况。基于工程实测数据,运用三维有限元分析软件,考虑了管片接头处的螺栓孔等细部构造,研究了管片椭圆度与结构应力状态之间的量化关系,并分析了结构的塑性变形情况及其发展趋势。结果表明:随着盾构隧道管片椭圆度的增大,结构最大主应力值与最大剪应力值均增大,且盾构隧道结构最大剪应力与椭圆度呈线性相关关系;盾构隧道结构最大主应力随椭圆度变化更加明显,与椭圆度呈非线性相关关系。     

沉积岩水力压裂问题数值模拟及解析解研究

在岩体隧道工程的勘测、施工、运营整个过程中,水力压裂是一种需要重点关注的力学机制。文章针对层理性沉积岩材料,运用有限元断裂损伤模拟和解析推导两种手段开展水力压裂问题研究。基于多场耦合有限元分析软件,结合线弹性断裂准则与损伤本构模型,二次开发了可以表征微裂纹的渗流-应力-损伤耦合岩石模型,并应用于饱和渗流岩体水力压裂过程,通过引入弥散的平行微裂纹表达沉积岩的层理,建立沉积岩圆筒模型模拟孔径注水、外加围压条件下的水力压裂行为,研究其压裂破坏模式及渗流分布模式。另外,通过变化孔径和围压,探讨临界起裂水压与围压、试件孔径的定量关系。为了验证数值模拟所得起裂压力规律,基于渗流理论和弹性力学基本方程,结合模拟中得到的张拉破坏模式,推导了均质线弹性渗流岩体圆筒的临界起裂水压公式。解析与数值计算结果对比显示,两种途径得到的起裂压力吻合很好,偏差呈现在3%以内;围压越大,起裂压力越大,两者近似呈线性关系;孔径越小,起裂压力越大,两者在一定范围内近似呈负斜率线性关系。同时,起裂压力解析解总是略大于数值解,这反映出解析方法与数值方法基本材料假设不同所造成的影响。在材料性质参数一致时,基于理想线弹性体假设得到的起裂压力会大于引入初始损伤层理的材料算得的起裂压力。     

围岩应力释放率对双联拱隧道施工影响研究

在进行隧道施工过程数值模拟计算中,围岩压力的释放率是一个很难准确给定的参数,但其对隧道围岩的稳定性却有着极其重要的影响.通过对Ⅱ类围岩双联拱隧道不同施工环节围岩压力释放率的研究,围岩应力释放率对围岩的应力影响不明显,但位移随应力释放率的增加而增大.初期支护对地应力的瞬间释放率比较敏感,特别是锚杆应力变化较大.中隔墙对地应力的瞬间释放率敏感程度较小,且最终应力随应力释放率的增加而略有降低.     

西藏扎墨公路嘎隆拉隧道地应力测试分析

为了确定两藏扎墨公路嘎隆拉隧道围岩应力状态,作者利用水压致裂法在隧道进出口部位进行了地应力测量,并通过有限元回归分析,预测了整条隧道岩体应力分布;最后从地应力角度,分析和预测了隧道沿线的岩爆情况.