岩体声波测试技术及其在巷道围岩岩体波速测试中的应用

岩体声波测试技术是工程地质勘察和岩石力学研究的主要手段之一,目前已被国内外广泛应用。在对某大型矿山地下巷道的维护过程中,利用声波测试技术对地下巷道围岩进行了室内岩样波速测试,并采用干式单孔一发双收岩体声波测试法对地下巷道6大类围岩34个断面岩体进行了现场波速测试,通过数理统计和最大似然理论对采集的岩体波速测试数据进行了分析,得到了围岩岩体波速Vp的数字特征值。     

松动圈理论在冬瓜山采矿巷道支护设计中的应用

基于深部巷道工程由于其复杂的赋存条件和应力环境使得浅部工程的支护技术和方法不能满足深部巷道工程的需要,采用松动圈理论对冬瓜山采矿巷道进行支护设计。通过对松动圈支护理论及松动圈测试进行研究,将不同地方围岩破坏情况(松动圈值)分为松动圈基准值(Lp1)和关键点松动圈值(Lp2),作为支护参数设计的量化指标,对巷道不同地方采取有区别的支护。将其运用于深部采矿巷道支护工程实践,通过现场位移监测验证了松动圈支护技术在深部工程应用中的合理性。     

围岩快速分级和松动圈测试应用研究

吉图珲客运专线小盘岭1#~3#隧道施工,遇到碳化泥质板岩地层,由于其岩质软、节理发育、岩体破碎,围岩稳定性极差,多次发生塌方、换拱等问题。为保证隧道安全快速施工,现场采用非金属声波测试技术对围岩进行施工期快速分级和松动圈厚度确定,为隧道动态设计和信息化施工提供有力保障。(1)声波测试结果分析表明,该隧道碳化泥质板岩松动圈厚度范围在4.90~6.16 m之间;左拱腰、拱顶和右拱腰位置松动圈厚度均值分别为5.91 m、5.35 m和5.19 m。(2)围岩饱和单轴抗压强度为20.6 MPa,属于软质岩;松动圈内围岩波速平均值为1.29 km/s;松动圈外围岩波速平均值为2.06 km/s。综合判定小盘岭隧道弱~强风化碳化泥质板岩围岩等级为Ⅴ级,与现场调查结果基本一致。基于测试结果对隧道支护锚杆和注浆长度进行优化,工程实践表明优化后的锚杆支护和注浆加固效果明显。     

铁路双线隧道围岩爆破松动范围测试分析

在地处典型石灰岩地层的贵广铁路牛王盖双线隧道,选择IV级围岩地段的3个断面进行围岩爆破松动影响范围的测试。每个断面钻7个直径40 mm、深4.0～4.5 m的探孔,采用超声波方法测试并分析围岩爆破松动圈的大小、形状及主要影响因素。结果表明:围岩爆破松动圈内比松动圈外的围岩声波波速小10%～20%,松动圈内岩体的破碎程度与围岩声波的波速降低相关;采用控制爆破,总装药量在180 kg和最大一段装药量在28 kg时,Ⅳ级围岩爆破松动圈的范围一般为0.9～1.5 m,当围岩附近有溶洞或破碎带时,该处的围岩爆破松动范围将成倍增加,需要采用拱架支护,以防塌方。     

围岩松动圈测试方法探讨

本文在通过分析围岩松动圈测试方法的基础上，提出了一种围岩松动圈快速测试方法，即折射波速法，并导出了该方法的计算公式，并对松动圈与岩体完整性的关系作了探讨，利用该方法，可对围岩松动范围快速判定，实践表明，该方法不但快速，方便，而且可靠，同常规方法相比省时省力、不失为一种更新的围岩松动圈测试方法。     

基于过程设计法的大跨度隧道围岩松动区发展分析

以广州一大跨度单洞四车道隧道为工程依托,应用FLAC 3D有限差分软件对围岩松动区的发展进行数值模拟,并与现场实测数据作了对比分析。结果表明:洞周各处围岩首次出现松动均在离其最近的隧洞开挖之后;分部开挖时,不相邻的左右分部彼此先后开挖对另一方松动区的影响很小,相邻的上下分部后开挖部对先开挖部松动区的影响远大于先开挖部对后开挖部的影响;最终松动区的大小趋势为拱顶拱底拱肩拱腰拱脚;隧道围岩偏压使得围岩厚度大的一侧松动区要大于另一侧。     

深埋软岩隧洞围岩变形破坏分区规律反演分析

研究目的:榴桐寨隧道是新建成都至兰州铁路线的关键性控制工程,其围岩大变形问题十分突出,而目前对深埋隧洞围岩流变条件下的变形预测尚无成熟的计算方法。本文在总结现有围岩变形研究成果的基础上,将隧洞围岩简化为理想弹塑性介质并布设全长锚固锚杆,基于锚杆-围岩协调变形原理,分析杆体表面摩阻力及其轴力的分布规律,由静力平衡条件推导锚杆中性点处的最大轴力值,进而建立变形稳定后围岩的塑性区及松动区半径公式,从理论上确定榴桐寨隧道围岩的松动区及塑性区范围,为优化围岩支护方案及参数提供重要的技术支撑。研究结论:(1)工程实际中,围岩流变是导致深埋隧洞出现大变形的根本原因,隧洞围岩变形通常在初期锚杆支护一段时间后才趋于稳定;(2)隧洞围岩与锚杆协调变形,杆体所受正、负摩阻力的分界面即为杆体中性点,该点杆体与其周围岩体的相对位移及表面摩阻力为零,但其所受轴向拉力达到最大值;(3)通过锚杆所受最大轴力可对变形稳定后的隧洞围岩塑性区及松动区范围进行反演分析,围岩塑性区及松动区范围的大小随岩体黏聚力和内摩擦角的增加而减小,随隧洞半径的增加而增大,但受支护阻力的影响不大;(4)现场应用结果表明,基于锚杆轴力反分析隧洞围岩分区规律的方法是合理可行的,该研究成果对于类似隧洞工程的安全快速施工具有一定的借鉴意义。     

软弱相间水平层状岩体隧道围岩变形特征分析

为研究软弱相间水平层状岩体隧道围岩变形破坏机理并正确指导设计施工,采用现场隧道围岩松动圈测试并结合三维离散元数值模拟方法对不同工况下隧道塑性区分布、收敛位移进行比较分析验证。结果表明:隧道墙脚容易产生塑性变形,造成底部岩体支撑方式发生变化,由于岩体软弱相间且层间连接弱,在拱顶沉降与两侧围岩水平收敛产生的水平力作用下,导致底部岩体发生向上的变形破坏。针对其变形破坏机理,对其支护措施进行研究,发现对底部岩体进行锚杆加固,增大了层间岩体连接,减小了各向异性,提高了岩体的整体强度,有效降低隧道底部岩体向上变形程度,防止隧道底部隆起,保证施工和运营安全。     

围岩松动圈理论在某大断面隧道中的应用

隧道开挖过程中,由于围岩受到扰动使得隧道周围形成了松动圈,松动圈的厚度对隧道的支护设计具有重要意义。基于Mohr-Coulomb(摩尔-库伦)强度准则,推导了隧道围岩松动圈半径的计算公式,并将其运用于大断面隧道工程实例中,分别计算了Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级围岩松动圈在不同埋深下的半径及其厚度。结果表明,隧道围岩松动圈厚度不仅与围岩级别有关,而且与地应力、支护压力以及隧道断面形式也相关。     

降雨对小净距大跨度隧道开挖松动区的影响

小净距大跨度隧道在洞口段易受到浅埋偏压作用,隧道开挖会造成上覆岩土体出现大范围松动区,在降雨条件下更易出现地表塌陷与拱顶塌方。本文改进了围岩切向应力扰动系数公式,依托广州龙头山双洞八车道隧道工程,利用有限差分软件FLAC 3D对隧道洞口段在是否考虑降雨2种条件下开挖产生的松动区进行分析。分析结果表明:运用工程实际采用的双侧壁导坑法模拟开挖,隧道围岩产生的松动区范围较大且在拱顶上部产生交汇区域,中部核心土开挖时影响较小;考虑降雨渗流场之后开挖,在流固耦合作用下左右2个隧道围岩松动区面积增长分别约为30%,42%;隧道围岩松动区不对称分布和雨水渗流作用加剧了隧道偏压变形,并导致上部地表沉降最大增长33%左右。