膨胀性泥岩隧道工程应对措施分析

根据近年来国内外学者围绕膨胀性泥岩工程地质特性取得的研究成果,对膨胀性泥岩及其工程应用多年来的研究进展做了系统性的综述,并对施工要点进行了总结：膨胀岩与普通岩体相比,裂缝性是其最突出的特点;水环境对膨胀性泥岩的影响显著,特别是在干湿循环条件下变形具有一定的不可逆性,且膨胀性与亲水性密切相关;在膨胀性泥岩地质区域修建隧道,需要将理论分析、现场及室内试验、数值模型分析结合起来。     

哈密地区膨胀性泥岩膨胀特性研究

研究哈密地区某高速铁路地基膨胀泥岩的膨胀特性.一方面,在室内确定土体基本力学参数基础上,针对原状泥岩样进行了膨胀力及无荷载情况下膨胀位移试验,获得膨胀力及膨胀位移过程变化曲线;并进行不同含水率、不同干密度情况下重塑土的膨胀力及膨胀位移试验,针对重塑土的膨胀力及膨胀位移的变化规律曲线进行公式拟合,并与原状泥岩的测试数据进行对比分析;另一方面,通过将膨胀力转换为体力加载的方式进行有限元分析计算,模拟计算室内环刀的膨胀位移,并与理论计算结果相互对比.结果表明:膨胀力拟合公式基本能反映泥岩膨胀力值,膨胀位移拟合公式误差较大,转换膨胀力的有限元分析方法可用于室内膨胀位移计算、膨胀力的反算及试验验证.     

膨胀性泥岩重塑土膨胀力试验研究

以河北省承德地区粒径小于5 mm的膨胀性泥岩重塑土为原材料,分别制备?=H=50、100 mm,干密度ρ=1.64、1.74、1.84 g/cm3,初始含水率w=8.8％、10.8％、12.8％的圆柱体试件,采用自制的试验装置测试试件的轴向膨胀力Pax和环向膨胀力Pcir,并将?=H=100 mm的试件分别经碱性模拟地下水、酸性模拟雨水、蒸馏水浸泡2 h,测试试件的Pax,研究了试件尺寸、ρ、w及环境水状态对泥岩重塑土Pax的影响规律;采用正交法分析了ρ、w、环境水状态和预处理方法4种因素对泥岩重塑土轴向与环向膨胀力影响的敏感性;研究了允许微变形率Δ=0％、1％、2％、3％、4％、5％,ρ=1.84 g/cm3,w=8.8％,尺寸为?=H=100 mm试件的Pax及Pcir的变化规律.结果表明:?=H=100 mm泥岩重塑土试件的Pax比?=H=50 mm的小7.56％～26.01％,两种尺寸试件的Pax均随w的增加而降低、随ρ的增大而增大;经碱性模拟地下水浸泡的试件的Pax比经蒸馏水浸泡的大1.4～1.9倍,经酸性模拟雨水浸泡的试件的Pax及Pcir与经蒸馏水浸泡的基本一致;4种因素中,预处理方法是影响Pax及Pcir的主要因素,预崩解次数越多,Pax及Pcir越小,掺5％水泥,Pcir可减小约80％;提高Δ可有效降低Pax及Pcir,当Δ由0％提高到5％时,Pax及Pcir分别下降了72.5％与53.9％.     

钙质泥岩水岩作用特征及遇水软化机理

为掌握泥岩遇水后的工程特性,进一步揭示其遇水软化机理,对取自宁夏固原引水隧洞工程遇水易软化的白垩系钙质泥岩进行了矿物成分分析和物理力学性质试验.在此基础上,分析了钙质泥岩水岩作用特征,探讨了不同黏土矿物含量钙质泥岩遇水后强度和变形参数的变化规律和软化机理.研究结果表明:钙质泥岩的膨胀性及其强度遇水后迅速衰减;遇水后钙质泥岩力学参数的变化与黏土矿物含量均呈自然对数关系;钙质泥岩遇水软化是其在吸、失水过程中内部水化膨胀反应及其损伤不断加剧造成的,软化机理可用水岩作用过程示意图详细描述.      

泥岩地层小曲线盾构机姿态纠偏及防止管片上浮控制技术

广西南宁地铁线路穿越多种复杂地质,泥岩作为该地区一种典型地质,盾构机在该地层中掘进,容易出现两种典型的问题:一是盾构机掘进方向姿态难以纠偏,二是隧道管片容易上浮。出现上述问题的要因是泥岩地质较密实且具有一定的强度和微膨胀性,不利于盾构机姿态纠偏,尤其是小曲线隧道;泥岩具有稳定性,盾构同步注浆浆液初凝前对管片造成上浮。通过优化盾构机刀具配置、管片选型、盾构姿态"阶梯式"调整、优化同步注浆配合比缩短初凝时间、二次注浆采用双液浆速凝填充等措施予以解决,实践后隧道成型质量控制良好。     

马岭头隧道膨胀岩工程地质特征及防治措施

针对泥岩、粉砂岩质泥岩等软弱夹层的膨胀性给马岭头隧道所带来的危害，通过膨胀岩物理力学性质和隧道病害的治理研究，提示今后工程建设中，在同类地层中遇到膨胀岩时，应引起重视并采取相应的预防措施。     

上覆荷载下泥岩渗透特性原位试验研究

选取兰新高速铁路一处典型路基上拱地段,采用开挖注水孔并施加上部荷载方法,进行4个试验基坑的泥岩地基浸水渗透特性原位试验,分别研究在0、15、30、45 kPa四种上覆荷载情况下,以及10、20、30 cm三种不同水平向及0、50 cm两种高度的泥岩渗透特性.结果表明:地基泥岩水平向不同距离处渗透稳定含水率随时间变化分为稳定、骤增、减速增长和渗流稳定4个阶段;上覆荷载越大,相同水平向距离处泥岩渗透稳定含水率达到稳定所需时间越长;注水量随时间变化分为快速增增长、缓慢增长和稳定阶段;随上覆荷载增大,地基泥岩水平向渗透速度在变小,且上覆荷载越大,水平向渗透速度越小;水平向渗透速率与渗透距离为非线性关系,且渗透距离越远渗透速率衰减程度越大,研究成果对高速铁路无砟轨道地基膨胀泥岩吸水引起的路基上拱整治措施提供参考.     

弱膨胀岩注浆前后干湿变形特性试验研究

以宝兰铁路郭家镇第三系泥岩(弱膨胀岩)隧道仰拱遇水隆起病害为工程依托,采用干湿循环变形测量装置,分别对现场所取的原状土样和经注浆处理后的土样进行了室内浸水及干燥试验,以研究其膨胀机理,为隧道施工及质量控制提供技术支持。对比分析试验结果得到:两种试样浸水后,都会产生一定程度的膨胀变形,且最终均趋于稳定,但发现原状试样发生的变形量较大、达到10.52mm,而经注浆作用后的试样,其膨胀变形量较前者明显减小、仅为4.11mm;干燥作用下,原状试样较注浆试样的收缩量也明显。可见,膨胀岩具有遇水膨胀、失水收缩的特性,且膨胀特性更为明显,而注浆能够达到强化膨胀岩内部结构、抵抗膨胀和干缩作用的目的。     

膨胀性围岩隧道施工工艺及方法

本文主要针对大窑沟2号隧道穿越膨胀性围岩施工,对施工工艺及方法进行总结,探讨膨胀性围岩隧道施工应注意的关键环节和采取的措施,为今后类似工程施工提供一些依据。     

膨胀土重力式挡土墙设计计算方法研究

针对广西百色膨胀土采用改进的侧限膨胀实验装置及试验方法,获得不同膨胀变形下的侧向膨胀力变形折减系数Df和当其发生水平应变时的膨胀力折减系数R。研究结果表明:随着竖向压力的增加,变形折减系数Df的变化范围为0.6～1,在100k Pa范围内,变形折减系数Df随着竖向压力的增加呈线性衰减。膨胀力折减系数R的大小会受竖向压力和水平应变的共同影响。水平膨胀率越小,膨胀力折减系数R衰减的速度越快。随着水平膨胀率的增大,膨胀力折减系数R的衰减速率逐渐变缓,直至为0。在进行挡土墙稳定性分析的验算时,假设土体发生0.1%～0.5%的侧向应变,同时考虑变形折减系数Df和膨胀力折减系数R,得到墙背膨胀压力的分布规律,并计算得到相应的稳定系数,且抗滑稳定性系数会远小于抗倾覆稳定性系数。当发生0.5%的水平应变时,抗滑的稳定系数和抗倾覆的稳定系数分别为1.31和1.86。     

高铁泥岩隧道仰拱底鼓变形研究现状及关键科学问题探讨

我国高铁建设的规模和数量、尤其是高铁隧道的总量已稳居世界首位,高铁基础设施的安全性、稳定性和耐久性成为具有重要现实和长远意义的重大课题.考虑到我国泥岩地层分布广泛,高铁泥岩隧道数量众多且近年来出现不少仰拱底鼓变形等病害,着重从隧道仰拱底鼓变形机理与控制对策、泥岩工程地质特性与水-岩反应、泥岩隧道及围岩变形控制、隧道结构受力特点、隧道结构与工程研究方法等方面进行全面调研总结,并据此提出若干关键科学问题,亦即:高速铁路泥岩隧道仰拱基底围岩变异的复杂性、仰拱底鼓对上部轨道结构的量化影响和基于仰拱基底围岩变异的高速铁路隧道结构耐久性预测、评价及控制;并提出了初步的研究思路和方法,以期为提高我国高铁泥岩隧道的基础理论研究、设计建造和运维管理的技术水平提供有益的参考.     

不同温湿环境下泥岩吸水及膨胀特性的试验研究

现场取南昌市轨道交通二号线龙岗站泥岩,试验室内对其切割、打磨,将泥岩置于不同温度梯度环境下(相对湿度RH95%):常温,35,40,45℃,研究不同温湿度条件下,泥岩吸水特性及膨胀特性的规律。试验结果表明:泥岩在不同的温湿环境下吸水曲线可分为3个阶段:剧烈吸水阶段、减速吸水阶段、吸水平衡阶段;吸水量、吸水速率均与温度呈线性相关。泥岩在不同温湿环境下膨胀曲线也可分为3个阶段:应变加速阶段、应变减速阶段、应变稳定阶段;随着温度的升高,轴向膨胀率随之增加,膨胀速率随随之加快,达到膨胀稳定的时间随之延长。轴向膨胀率、膨胀变形速率均与温度呈线性相关。     

第三系砂泥岩隧道应力监控量测分析

监控量测是新奥法施工的重要组成部分,其可以简单直接的掌握隧道围岩变形和支护结构受力情况。通过依托牡绥线双丰隧道应力监测断面,详细的介绍了应力量测的原理、内容和监测数据的处理方法,以及得出第三系砂泥岩隧道最大跨处为围岩薄弱环节,在初期支护中要严格控制变形并采取加固措施等结论。通过监控量测能更好的调整施工方法和支护参数,确保施工安全,并为同类工程施工提供较大的参考价值。     

风化泥岩作为路基填料的试验研究

南京绕越高速公路方山区域广泛分布风化泥岩,文章对该风化泥岩作为高速公路路基填料的问题进行研究。室内试验成果表明：泥岩开挖料具有遇水膨胀崩解和泥化特征,水稳定性差,但如采用橡皮膜包裹,则岩块试样浸水后完整性较好。     

对不同土体参数盾构施工地表沉降数值分析

以盾构法施工隧道为研究对象,采用Flac3d软件模拟盾构开挖过程,基于摩尔-库伦屈服模型,应用控制变量法分别对不同弹性模量、内摩擦角、粘聚力、膨胀角和泊松比土体进行模拟。结果表明:地表沉降槽近似正态分布曲线,隧道围岩的弹性模量和黏聚力越大,地表沉降越小;泊松比、内摩擦角和膨胀角越大,地表沉降也越大,提出通过减少围岩扰动和提高围岩性质两种控制盾构隧道地表沉降的方法。     

广州西二环石灰处治膨胀土改性效果研究

文中对广州西二环高速公路石灰改良膨胀土的处治效果进行研究,采用静压成型方式,进行了无荷及有荷膨胀率试验,得到无荷、有荷膨胀率以及收缩系数、膨胀总率与石灰掺量的关系,并分析了改良土收缩率与含水量的关系。通过分析,得到:利用石灰改良膨胀土后,其收缩系数和膨胀率明显减小;采用5%石灰掺量可以控制胀缩总率为0.012 5,达到处治目的;施工现场考虑各种因素,石灰掺量应增加1%。     

光面爆破技术的成功实施及针对泥岩、砂岩平互层的处治措施

泥岩、砂岩平互层隧道围岩在我国北方是一种典型的岩层,其光面爆破成型效果较难控制。结合在云台山隧道监理过程中的工程实践,提出了在泥岩、砂岩平互层中成功实施光面爆破,改善爆破效果的建议和体会。     

豫西地区膨胀土路堤施工技术研究

选取豫西地区三种典型土进行自由膨胀率、塑性指数、胀缩总率和标准吸湿含水率试验,对三种土进行膨胀性判别。将不同的土质应用于不同的路基层位,同时采用土工格栅、冲击压实对膨胀土路基进行加固,并给出合理的施工方法、施工工艺及铺设质量控制措施。     

酸性环境对百色膨胀土胀缩性能的影响及其微观解释

以广西酸雨重灾区百色膨胀土为研究对象, 模拟不同酸性条件(pH值分别为3、5、7) 开展无荷膨胀率、膨胀力与线缩率试验, 研究酸雨对其胀缩性能的影响, 并采用扫描电镜(SEM) 图像和X射线衍射(XRD) 图谱分析了其微观结构与矿物成分, 运用IPP图像处理软件定量分析了SEM图像中试样的微结构。研究结果表明: 试样起始含水率降低时, 酸性环境对其膨胀变形的促进作用加大; 起始含水率由17%降至9%时, 不同酸性环境下试样的无荷膨胀率之差变大, 相比中性溶液, pH值为3和5的酸性溶液浸泡试样的无荷膨胀率增幅分别由20.6%和5.6%增至26.9%和7.0%;随着溶液pH值的减小, 试样无荷膨胀率、膨胀力与线缩率均呈阶段性增长; 相比中性溶液, pH值为3的酸性溶液浸泡试样的实测无荷膨胀率、膨胀力与线缩率分别增加了24.3%、37.5%和16.9%;环境酸性越强, 试样水分蒸发的速度越快, 脱湿至稳定时的含水率越低, 受酸侵蚀土的孔隙数和尺寸随之增加; 当溶液pH值从7分别降至5和3时, 土体孔隙率由8.7%分别增至11.9%和19.4%, 直径为3~5 μm的孔隙数急剧增多; 酸性环境使矿物结晶的程度变差, 其中游离的SiO₂、Al₂O₃、K₂O、MgO和CaO等胶结物出现不同程度的溶蚀和淋滤, 使原叠聚体间的结构联结强度减弱, 由面面叠聚结构逐渐向边边结构演化, 环境酸性愈强, 这种演化趋势愈剧烈, 直接导致膨胀土的胀缩变形增大。      

水泥改性膨胀土干密度与自由膨胀率试验研究

通过进行系列试验,研究不同水泥掺量、击实试验前后掺加水泥的膨胀土放置时间对水泥改性土干密度、自由膨胀率的影响。试验结果表明,随着水泥掺量的增大,水泥改性土的最大干密度逐渐减小;随着水泥改性土放置时间的增长,自由膨胀率逐渐变小并最终趋于稳定,水泥对膨胀土膨胀性的改良是一个渐进的、长时间的过程。