挤压性围岩隧道变形潜势的判定

研究目的:挤压性围岩隧道的工程难点主要是变形潜势的判定,以往主要利用岩石(岩体)的强度应力比来评价围岩的变形潜势,理论上概念明确,但在挤压影响严重段,围岩地应力和岩体强度很难实测,且受构造作用影响,岩体的强度时高时低、变化频繁,具有很大的不确定性,现场难以据此进行变形潜势判定。因此,有必要进一步研究变形潜势的判定方法,便于施工现场操作。研究结论:(1)勘察阶段可按岩石单轴抗压强度和最大初始地应力值之比对挤压性围岩变形潜势进行宏观预判;(2)设计阶段可按岩石(岩体)的强度应力比来评价围岩的变形潜势,划分变形等级,进行预设计;(3)施工阶段可按围岩完整程度和开挖后变形速率对变形潜势进一步进行判定;(4)变形速率可作为主要评价指标,对支护参数与围岩的适应性进行评价,动态调整支护参数;(5)本研究结论可为铁路挤压性围岩隧道的设计与施工提供思路和方法。     

基于组合赋权-未确知测度理论的地铁隧道围岩质量评价

为了合理确定地铁隧道围岩质量等级,引入未确知测度理论建立了地铁隧道围岩质量评价模型,并选取岩石饱和单轴抗压强度、变形模量、质量指标、地下水、岩体抗剪强度、结构面摩擦系数等6项指标作为未确知测度模型的判别指标。以杭州地铁1号线为例,构造各指标的未确知测度函数,同时利用粗糙集优化层次分析法和改进的熵值法确定各指标的组合权重,依照置信度识别准则对围岩质量等级进行识别,并对其危险性程度进行排序,最后得出围岩质量分级的评价结果。将围岩质量分级的评价结果与现场评价和云模型评价结果进行对比分析,评价结果基本符合实际情况。研究表明,该方法评价过程合理、结果可靠,为地铁隧道围岩质量评价提供了一种新思维。     

地下工程围岩分级的Fisher判别模型及其应用

基于Fisher判别思想,选用岩石质量指标、完整性系数、单轴饱和抗压强度、纵波速度、弹性抗力系数和结构面摩擦系数作为分类指标,利用观音山隧道、笔架山隧道、石山隧道、窑坑隧道和风岗隧道的26组实测资料,建立了围岩分级的Fisher判别模型,经检验,该模型的回判准确率达到100%。利用该模型对其它4组围岩样本进行判别,其结果与工程勘察结果一致,表明Fisher围岩分级模型具有较高的识别精度和工程实用性,为地下工程围岩分级提供了一种新的尝试。     

隧道围岩分级的遗传-支持向量分类耦合模型

针对现阶段围岩分级方法存在的主要问题,提出隧道围岩分级的遗传-支持向量分类方法。结合佛岭隧道施工期围岩分级实践,以公路隧道设计规范BQ分级为基准,分别采用岩石回弹强度和掌子面状态替代饱和单轴抗压强度和地应力状态,并增加节理延展性观察的定性指标,在大量现场测试和室内试验的基础上,给出每个分级指标的现场快速测试方法,并以分级结果作为遗传-支持向量分类算法的训练样本,建立隧道围岩分级的遗传-支持向量分类智能模型。佛岭隧道围岩分级实例表明:该模型分级结果与现场勘测基本一致,且较遗传-神经网络模型有更高的分级准确性,为隧道围岩分级提供一种方法。     

隧道工程岩体完整性新的评价参数及方法

研究目的:隧道围岩分级是隧道勘察设计中的重要参数,以往工作中主要通过地质调查法、钻探法、物探方法定性判识隧道岩体完整程度,物探法主要以弹性波速度作为岩体完整性评价的参数,但针对深埋隧道,由于埋深大,难以直接从地表获得隧道洞身岩体的波速值,使得围岩等级的划分缺少依据。本文建立层状岩体模型,通过研究分析岩体几何参数与电性参数的相关关系,拟提出一种新的围岩完整性评价参数及方法。研究结论:(1)基于层状岩体模型电阻率计算公式,推导出岩体几何参数与电性参数的相关关系,提出了一种新的表征岩体完整性的参数——岩体完整性系数Kr;(2)Kr表征完整岩石在单位岩体中所占的比例,Kr值越大,岩体越完整;(3)通过钻孔综合测井试验,论证Kr可以作为评价岩体完整程度的量化指标,初步统计得出Kr与岩体完整程度量化关系表;(4)Kr评价岩体完整性方法可用于铁路隧道勘察设计阶段,也可用于其他地下工程勘察设计阶段。     

大地电磁测深进行隧道围岩分级的可行性研究

研究目的:以往工作中,物探专业通过开展浅层地震折射法取得岩体纵波速度,但浅层地震折射法受理论以及震源能量限制无法取得深埋隧道洞身附近的岩体速度,使得围岩等级的划分缺少依据。寻求利用电性差异即应用大地电磁测深技术进行隧道围岩分级的研究是十分必要和迫切的。研究结论:浅层地震折射法在取得深埋隧道围岩的纵波速度方面存在很大限制;大地电磁测深法在铁路地质勘察中已成为主要方法,在电阻率区分上是有效的,其成果可以成为判断岩石完整性的依据,应用大地电磁测深技术进行隧道围岩分级是可行的。     

基于监控量测的隧道围岩分级方法及其应用研究

以建设中的渝万高速铁路孙家湾隧道为例,通过现场实测获取了岩石单轴饱和抗压强度、岩体完整性系数、地下水影响修正系数、主要软弱结构面产状影响修正系数。运用监控量测和扩张卡尔曼滤波非确定性反分析技术,获得了围岩初始地应力状态影响系数。在此基础上计算了修正后的岩体基本质量指标[BQ]值,并对隧道掌子面附近围岩进行了分级。结果表明:采用基于现场监控量测的分级方法,能够快速获得围岩的真实等级,为修正设计阶段的围岩等级和优化施工方法提供依据。     

隧道围岩分级的距离判别分析模型及应用

隧道围岩的分级是隧道工程中的一项重要研究工作.将距离判别分析方法应用于隧道围岩分级问题中,建立隧道围岩分级的距离判别分析模型,选用岩石等级、风化程度、岩体弹性纵波波速、岩体结构、地质构造影响程度、节理裂隙发育程度和地下水情况7项指标作为距离判别分析模型的判别因子,以工程岩体实测数据作为学习样本进行训练,建立相应判别函数对待判样本进行分级,并利用回代估计方法进行检验.并将建立的模型运用到实际隧道工程的围岩分级判别中.研究结果表明距离判别分析模型分级性能良好,预测精度高,回代估计的误判率很低,是隧道围岩分级的一种有效方法,可以在实际工程中进行推广.     

铁路隧道围岩分级方法研究及发展

铁路隧道围岩分级研究在我国展开试验研究最早且较为系统深入,对我国地下工程围岩分级方法的发展颇有影响.本文着重介绍了从上世纪60年代至本世纪初3个阶段铁路隧道围岩分级的发展.从过去的定性划分为主逐步过渡到当前的以定性为主,辅以岩石强度、岩体纵波强度等量化指标的新分级方法向国家标准化<工程岩体分级标准>靠拢,将围岩类别改为围岩级别,序次上颠倒成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级.     

基于模糊概率理论岩质围岩基本分级细化研究

以青岛地铁岩质围岩为研究对象,制订以定性鉴别、BQ、岩芯状态和围岩弹性纵波速度为基础的岩质围岩基本分级细化方法,并将模糊概率理论引入围岩分级中。研究结果表明:对Ⅲ和Ⅳ级围岩进行亚级划分,岩质围岩等级由原来的5级增加到7级,降低了围岩质量之间的跨度,并给出各级围岩的物理力学参数;在定性鉴别的基础上,得到BQ、岩芯状态、围岩弹性纵波速度与围岩等级之间的对应关系,进而建立以定性鉴别、BQ、岩芯状态和围岩弹性纵波速度为基础的岩质围岩基本分级细化方法;获得不同围岩分级方式的判别精度以及围岩等级与各分级指标的隶属函数,以此为基础引入模糊概率理论,建立围岩分级的模糊综合评定方法;通过现场的应用得出,该方法能降低围岩分级中的主观因素,提高围岩分级的精确度,丰富围岩分级体系。     

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。     

单节理岩体强度试验研究

从理论和经验两方面阐述单节理岩体的强度特征及其确定方法,结合实际的隧道工程岩体,对加工制备的5组完整岩石和含单节理岩石样品进行室内轴向压缩强度试验,应用基于细观离散的三维颗粒流程序PFC3D仿真室内试验结果,从而确定出数值试验中相应岩石和节理的基本细观输入参数。在此基础上,通过对实际工程进行地质调查构建节理岩体结构的理想地质模型,输入岩石与节理的基本细观参数,实现对大尺度单节理岩体进行数值预测的强度试验,并获得实际工程岩体的应力—应变关系及相关的强度特征。试验研究表明:节理的存在降低岩体的强度,改变岩体的延性;岩体中同组的不同节理间存在相互的强度弱化作用,作用的结果导致岩体的总体强度下降,因此简单地分步应用单节理理论预测含多节理的岩体强度是不可行的;基于岩体结构,应用室内试验与数值试验相结合确定大型节理岩体强度的方法是可行的。     

饱和对水泥改良土抗压强度与弹性波速及其相关性的影响

用固结不排水三轴剪切试验方法和透射法,分别测定改良土的抗压强度和弹性波速,从而研究饱和对水泥改良土抗压强度、弹性波速的影响以及两者的相关性。结果表明,水泥改良土含水量的变化对其强度、弹性波速的影响较大。试样饱和后,2种水泥改良土的抗压强度和剪切波速大约分别降低30%和20%左右,而压缩波速却明显增大。不同养护龄期、不同灰土配比条件下,饱和前后抗压强度与剪切波速具有一致的变化趋势,它们之间存在良好的相关性,其相关系数大于0.95;由于饱和导致改良土的压缩波速增加,不能反映其强度的弱化,因此,剪切波速是评价水泥改良土强度特性变化的重要指标。     

锚注技术在边坡岩体加固中的应用

结合某高速公路边坡岩体加固工程 ,介绍锚注技术的应用 ,即在一定的压力作用下 ,将水泥浆压入边坡岩体的节理裂隙中 ,通过水泥浆在节理裂隙中的充填作用或与介质充填物的结合作用 ,使岩层中薄弱结构面的强度和破碎岩块的稳定性得到提高。     

基于强度折减法的浅埋偏压小净距隧道围岩稳定性分析

针对广东某浅埋偏压小净距高速公路隧道,采用有限元强度折减法基本原理,研究隧道施工过程中各施工工序的安全系数动态变化过程,并对极限状态下关键施工工序的围岩塑性区与隧道围岩位移进行分析,结论为:隧道左洞第一步开挖时,由于中岩柱的出现,其安全系数最小,为最危险施工步,其次为两个洞室临时岩柱上台阶开挖;施工中中岩柱、洞室左拱腰和右拱脚出现大量塑性区,为围岩应力危险区域;中岩柱水平位移在施工过程中呈现出左右往返变化,右侧隧道竖向位移及其上部地表沉降较大,为监控量测重点部位。     

基于欧式距离的地铁隧道围岩韧性评估

为进一步认识地铁隧道围岩的工程属性,结合韧性理论,提出地铁隧道围岩韧性的概念。构建地铁隧道围岩韧性的评估模型,引入欧式距离,对围岩韧性直观量化,并采用主客观结合的"二级赋权"方式对评估指标进行赋权。通过对围岩干扰前后各影响因素的归纳,从岩体性质、现场施工和设计方案3个影响方面出发,确定了8个围岩韧性评估指标。以南宁市某地铁车站为工程背景,对车站下5处隧道围岩进行韧性评估。编号1～5的5处隧道围岩韧性等级分别是2.57级, 2.87级, 2.62级, 2.28级和2.47级。评估结果显示同一地层的5处隧道围岩,尽管岩体的结构特征和地质特征相同,抗干扰、维持围岩平衡的能力也存在差别。基于欧式距离的地铁隧道围岩韧性的评估结果与工程实际情况相符,为地铁隧道围岩韧性评估提供新方法,并可根据每个评估指标对最终韧性等级结果的影响程度,采取有针对性的保护措施。     

浙江苍岭隧道岩爆工程地质特征分析与防治措施研究

根据在浙江苍岭隧道施工中发生的岩爆,通过现场地质观测资料,分析了其形成的规模、位置、诱发因素以及地质条件,从地质工程的角度,对岩爆发生地段隧道的岩石组成、地质构造、地应力特征以及地下水情况进行了探讨,发现在苍岭隧道施工中发生岩爆的岩石具有岩体结构面发育适中、弹性模量大、P波波速高、地质构造简单、现代水平构造应力强且主压应力轴σ1大角度相交于隧道中轴线和地下水不发育的特征,并在此基础上,提出了掌子面喷水、布设释放地应力锚杆、减少隧道壁聚能结构等有效的岩爆防治措施。     

岩石含水状态对岩石膨胀力影响的研究

岩石膨胀力试验是测定膨胀岩在水环境下所产生膨胀应力的试验方法。岩石的含水状态对膨胀力测试值具有重要影响。本文通过对岩石试样进行不同含水状态的膨胀力试验,研究了含水状态对岩石膨胀力试验结果的影响程度和规律。结果表明:含水状态对膨胀力测试值的影响显著,风干状态下的膨胀力平均值是饱和状态的83.0倍,烘干状态下的膨胀力平均值是饱和状态的77.6倍,烘干或风干状态的岩石再次遇水后,会出现持续膨胀的趋势,长期干燥环境使岩石内部毛细水充分排出,当岩石再次吸水膨胀时其更具危害性。对于材质均匀,一致性较好的膨胀岩,膨胀力测试值随含水比的增大而减小,随空孔率的增大而增大,且相关性较好。     

孔洞尺寸效应对岩石单轴压缩力学强度及破坏特征影响试验研究

为了研究孔洞尺寸效应对岩石力学强度的影响,利用岩石伺服压力机对含不同孔洞直径的岩石进行单轴压缩,并通过高速摄像机记录其破坏特征及裂纹扩展过程,从裂纹扩展角度阐述强度弱化机理。研究表明:(1)随着孔洞直径的增大,其抗压强度随之而减小,但降低速率逐渐减小;(2)起裂裂纹类型控制脱落面积,进而影响岩石宏观力学强度;(3)孔洞直径为6 mm、8 mm试样起裂裂纹为反向拉伸裂纹,反向拉伸裂纹扩展很短;孔洞直径为10 mm、12 mm试样起裂裂纹为正向拉伸裂纹,最终贯穿试验边界的均为正向拉伸裂纹。     

隧道围岩挤压变形预测方法研究

研究目的:围岩挤压变形预测是高地应力地区软弱围岩隧道勘察和设计阶段的一项重要工作。目前常用的临界埋深法和临界应力比值法均有局限性,迫切需要提出更加符合实际的隧道围岩挤压变形预测方法。研究结论:围岩挤压变形预测可采用强度应力比进行,建议采用Hoek-Brown经验强度公式和GSI法对岩体强度进行估算,F中地应力应取垂直于隧道走向的最大地应力。挤压变形破坏大都发生在F≤1的情况下,而剧烈挤压变形一般发生在F≤0.5时,可将0.5和1分别作为不同级别挤压变形的临界预测值。实践表明,采用F值法对围岩挤压变形进行预测是可靠的。