大埋深、高地应力地下洞室群围岩破坏机理及应对措施研究

地下洞室开挖过程中,脆性围岩应力释放型破坏(岩爆、片帮掉块等)和结构面—应力型破坏(围岩松弛、喷层开裂、顶拱坍塌等)是洞室群围岩破坏常见的主要形式。文章以白鹤滩水电站左岸尾水连接管洞室群为研究对象,结合现场踏勘统计分析,基于500μm显微镜观察、室内岩石力学单轴压缩试验对围岩应力释放型破坏机理进行了研究,基于数值模拟、孔内摄像技术对围岩结构面—应力型破坏机理进行了研究,并分别提出了相应的应对措施。研究表明,完整性较好的脆性围岩(Ⅱ类)具有一定的塑性性能,洞室开挖卸荷后岩体易发生压剪破坏,产生与受力方向呈小夹角的破坏面,塑性势能沿破裂面释放,进而引起薄层掉块或岩爆现象;对于完整性较差的围岩(Ⅲ类),由于节理、错动带等裂隙的存在,多表现为岩性强度高、岩体强度低的性状。围岩微裂纹在高地应力作用下逐渐扩展连通,形成相互切割的结构面,并逐步向岩体深部不断发展,直至应力完全释放,受周边洞室爆破振动影响时易发生坍塌现象,破坏过程在宏观上表现为由表及里并具时效性的特点。     

某地下洞室群分步开挖支护的非连续变形分析

文章分别从岩体的分步支护以及相应的收敛准则两方面对已有的非连续变形分析程序进行了改进,并应用改进的程序分析了含有随机节理的某大型水电站地下洞室群的围岩稳定问题,着重研究了施工因素的影响,突出了对分步开挖支护过程的模拟计算分析,并且通过与实际工程监测值的比较,验证了该方法的有效性。通过围岩破坏区深度和关键点的位移比较了三大洞室(主厂房,主变室,尾调室)不同的开挖顺序对围岩稳定性的影响和重点支护的关键部位,并对支护方案进行了优化。研究结果表明,此工程中先开挖主厂房与尾调室,再开挖主变室为最优开挖顺序,并且尾水调压室为洞室群支护的关键部位,可以通过在关键位置增加锚索支护的方式改善其围岩的应力状态。     

地震动参数对地下洞室安全系数的影响分析

为解决地震作用下地下洞室围岩安全的定量评价问题,文章建立了一种基于整体安全系数和点安全系数的围岩稳定综合评判方法。首先给出了基于岩体抗剪强度折减原理的洞室整体安全系数计算方法,该方法以主厂房和主变洞之间的塑性区恰好贯通作为洞室整体失稳的临界判据,整体安全系数通过搜索折减系数而得到;然后给出了基于Mohr-Coulomb屈服准则的点安全系数计算方法。结合西南某水电站地下厂房洞室工程,研究了不同地震动输入参数对洞室整体安全系数和关键部位的点安全系数的影响规律。计算结果表明,基于安全系数的地下洞室围岩稳定定量评价方法是可行的,能够反映不同工况下洞室整体安全程度和不同部位的局部安全程度。研究发现,洞室整体安全系数和关键点安全系数均随地震波振幅、持时的增加而减小;随入射角的增加而增大;地震波低频对洞室影响较大,高频则影响较小。     

大跨度地下洞室集成化围岩分类体系构建及可视化程序实现

文章通过整合目前国内外常用的围岩分类方法,对各分类方法评价指标、评价标准进行了相关性分析研究,从内核建立了分类方法等效换算公式、经验性关联图表;且针对大跨度地下洞室工程扰动影响作用的显著特征,依据"有限性劣化"处理思路,提出了工程因素对围岩质量劣化效应的定量表示法,藉此构建了可反映工程因素影响的集成化围岩分类体系;应用VB.Net语言编制了"大跨度地下洞室集成化围岩分类体系(IRMCS)"可视化程序。该程序可实现"一次输入,多种分类方法评价结果输出";最后,以大岗山水电站主厂房顶拱厂横0-60~0+166m围岩为例,应用该程序对其围岩分类、稳定性结果、支护建议予以综合评价,分析结果与实际情况吻合度较好。     

双连拱隧道结构内力分析与围岩稳定性试验研究

双连拱隧道模型的相似性试验是进行隧道结构力学研究的主要方法。文章基于相似性试验原理,以广西马江隧道的实际工程为例,对双连拱隧道的结构内力和围岩稳定性进行了模型试验研究,并通过三导坑法及双导坑法对隧道洞室周边的径向位移进行了测试分析。试验结果表明:洞室周边径向位移的峰值出现在拱顶处,其次是腰部位置。     

爆炸应力波在洞室围岩中的分布及洞库稳定性研究

文章采用模型试验和数值计算相结合的方法,对爆破应力波在下部已有洞库围岩内的传播及洞室的安全稳定性进行了研究,得到了爆炸波在洞室围岩体内的分布规律及拱顶的位移曲线。结果表明:压力峰值随着距爆点距离的增大而逐渐减小,通过爆心竖直测量线上的垂直压力峰值大于通过洞室形心水平线上对应位置处的压力峰值,水平测量线上测点的垂直压力峰值基本上大于水平压力峰值;正拱顶部位爆炸压力峰值小于衬砌材料的抗压强度,且拱顶没有产生不可恢复的永久位移,洞室是安全稳定的;交通隧道爆破施工时,应重点监测其下方洞室正拱顶及拱脚与侧墙顶部交接部位衬砌的动态反应。     

基于缓冲算子修正的新维无偏灰色模型的洞室围岩位移预测

洞室围岩位移预测是保证施工安全以及工程质量的重要措施。文章针对洞室围岩变形具有时间序列的单调增长性和随机动态性等特征,基于无偏灰色GM(1,1)预测模型的构建理论,引入指数型弱化缓冲算子来消除围岩位移原始数据序列所受的随机干扰,同时结合新信息优先的原理,提出了一种基于缓冲算子修正的新维无偏灰色GM(1,1)模型对围岩位移进行预测并将该模型应用于旁多水利枢纽工程洞室围岩位移时序预测中。结果表明,该模型具有精度高、科学可靠的特点,为洞室围岩位移预测提供了新的途径。     

基于武当群片岩各向异性试验的隧道围岩变形机理分析

针对通省隧道拱顶出现纵向裂缝、拱肩钢拱架被剪断等变形破坏问题,文章考虑武当群片岩各向异性特点,基于波速试验、单轴压缩与三轴压缩试验,结合围岩变形特征调查与数值模拟试验,分析了武当群片岩试样应力-应变曲线特征与破坏形态特征,建立了弹性模量、泊松比、抗压强度随片理倾角从0°~45°~90°变化时的对应关系,提出了隧道围岩破坏模式,总结了隧道围岩变形机理。研究结果表明:武当群片岩各向异性在隧道围岩变形破坏过程中起到了控制性作用;非对称模式为隧道围岩主要破坏模式;当隧道围岩最大剪应力与片理空间关系不利时,围岩沿片理面发生剪切破坏。研究结果对武当群片岩区域在建或拟建地下工程的现场设计、施工开挖具有重要的指导意义。     

深部巷道围岩支护阻力确定及其应用

文章通过理论计算获取围岩压力与位移,通过绘制P-U图分析支护与位移的关系,以此确定深部巷道围岩支护阻力。分析认为:在对深部巷道围岩压力和位移进行量化计算的基础上,可以确定深部巷道围岩支护阻力范围;利用P-U图中围岩与支护的关系,可选择合理的支护技术方案和支护时间。该方法在龙固煤矿主泵房洞室支护中进行了应用,结果表明:(1)采用实际围岩力学参数计算出的巷道围岩压力和位移符合工程实际,深部主泵房洞室围岩支护阻力的合理范围为4~6 MPa;(2)深部巷道的支护技术方案和支护时间可以依据支护阻力和P-U图确定;(3)该研究成果已成功用于煤矿工程实践。     

楞古水电站地下厂房围岩分级研究

围岩分级是水电工程地下洞室设计和施工重点关注的问题,因此确定合理的围岩级别对工程设计和施工具有重要意义。文章依托楞古水电站地下厂房工程,采用HC分级、[BQ]分级、Q分级和RMR分级等方法对地下洞室围岩级别进行了研究并采用回归方法对各系统分值进行了相关性分析。结果表明:对大跨度地下洞室进行围岩分级时,同时采用HC、[BQ]、Q和RMR等分级方法进行围岩级别划分,更有利于确定合理的围岩综合分级;在岩体的块度、完整性受结构面控制时,HC分级与RMR分级结果吻合度更高。     

柞小公路隧道爆破震动波现场监测与分析研究

依托西(安)康高速公路8标和18标段的施工工程,对小间距隧道围岩爆破开挖施工震动波传递规律进行了现场监测与分析研究,给出了两标段不同围岩级别的爆破震动波速衰减方程,通过分析预测给出了不同围岩级别的爆破安全设计距离。经对千枚岩和灰岩的爆破震动波速分析对比,给出了在不同岩性中波速传递的规律性。通过对振动波速的测试结果分析,获得了不同方向的波速传递规律和爆破震动波的最大影响区域范围和对既有隧道围岩与支护稳定性的影响范围,所获结论可供小间距隧道工程设计与施工参考。     

浅析地下水对公路隧道建设的不利影响

地下水可以通过对岩石溶蚀、软化以及与岩石、岩体构造的共同作用等方式，影响隧道围岩和初支稳定、破坏隧道衬砌结构受力安全及增加隧道运营养护难度。文章总结归纳了地下水对公路隧道施工和运营产生不利影响的作用方式，为工程技术人员进行隧道设计、施工提供参考。     

On Stability Analysis and Classification of Surrounding Rocks in Rock Tunnels北大核心CSCD

After 1975, the appearance of finite element numerical limit method and the application and development of computer technology have brought the elastic-plastic analytical calculation of engineering materials into a new era of numerical limit calculation. The new methods, namely, strength reduction method and load increment method, as well as the recently proposed ultimate strain method, are adopted in the rock tunnels studied in this paper. To solve the uncertainty of mechanical parameters of surrounding rock in rock tunnels and provide more scientific and reasonable mechanical parameters of surrounding rock, the surrounding rock classification must be made combining theory, investigation and experience. Taking the surrounding rock classification in rail transit tunnels as an example, the improvement of the classification level includes improving the strength index, mainly adopting the quantitative classification method, reasonably determining the basic index BQ value of rock mass quality, increasing the number of surrounding rock classifications, formulating the surrounding rock classification tables for the running tunnel and the station tunnel, and achieving the coordination and unification of qualitative and quantitative classification methods. Finally, the quantitative indexes of surrounding rock self-stability are determined, and the more scientific and reasonable physical and mechanical parameters of surrounding rocks are put forward through back calculation. © 2022, Editorial Office of "Modern Tunnelling Technology". All right reserved.     

隧道震裂岩体围岩分级方法初探

汶川地震产生了大量的震裂松动山体,为合理评价在这些震裂山体中新建隧道的围岩级别,通过极震区在建隧道现场震裂岩体调查,对震裂岩体特征及其对围岩稳定性的影响进行了分析。震裂岩体是一种受强烈地震波作用后,岩体结构面更加发育,层间结合更差的一种岩体;并且硬质岩和软质岩的震裂特征不同,硬质震裂岩体易产生集中式张裂缝和松动,软质震裂岩体易产生体积式松弛变形。在此基础上,提出了岩体震裂等级,划分为轻微、中等、强烈三种级别,并建立了震裂岩体围岩分级的修正方案,即:轻微震裂岩体对围岩稳定性影响不大,可不考虑降低围岩级别,或者降低0.5级;中等震裂岩体对围岩稳定性有不利影响,围岩级别降低0.5～1级;强烈震裂岩体对围岩稳定性影响极为不利,围岩级别降低1～1.5级。     

TBM施工深埋隧洞围岩分类方法初探

文章针对TBM施工隧洞的围岩分类问题,分析了西南某水电站深埋隧洞影响洞室稳定性的因素,以<水利水电工程地质勘察规范>中的围岩分类方法(HC分类)为基础,依据岩石单轴抗压强度、岩体的完整性系数、岩体结构为主要因素来探讨适合TBM施工深埋隧洞的围岩分类.     

超前预加固大断面隧道施工参数系列化研究

论文以武广客运专线浏阳河隧道为工程背景,根据铁路隧道围岩分级和断面尺寸为主要影响因素,提出新的掌子面稳定性分级方法及分级数;对影响大断面隧道掌子面稳定性的影响因素进行序列化及参数敏感性研究,得到超前预加固大断面隧道围岩稳定性影响因素序列及掌子面超前加固参数敏感性;然后在掌子面稳定性分级及超前预加固大断面隧道影响因素序列基础上,提出超前预加固大断面隧道施工参数系列,为浅埋大断面隧道施工提供指导.     

高地应力软岩条件下挤压变形预测及应用

近年来,穿越高地应力区且工程地质环境恶劣的软弱围岩长大隧道工程不断涌现,其不同程度围岩大变形问题给施工设计造成了很大困难。从研究软弱围岩隧道大变形分类、挤压变形分级出发,利用现场试验对隧道岩体强度进行估算,并采用Hoek方法对挤压变形进行判定及量值估算,其研究成果应用于正在修建的兰渝线木寨岭隧道斜井工程中加以验正,结果与现场实测数据规律基本一致。     

季冻区隧道离壁式波纹钢板保温套衬及其保温效果研究北大核心CSCD

为防治季冻区隧道中频繁出现的冻害问题,提出一种新型离壁式波纹钢板保温套衬,该套衬具有施工简便、防水性能可靠、防止混凝土掉块、提高聚氨酯使用寿命等优势,采用数值仿真对季冻区施作离壁式波纹钢板保温套衬隧道的温度场及其保温效果进行研究。结果表明:季冻区隧道施作新型离壁式波纹钢板保温套衬后,阻隔了寒冷空气对衬砌结构的影响,围岩正温区范围增大,隧道冻结线由距衬砌0.48 m围岩处前移至保温套衬,有效防止了季冻区隧道冻害的发生;季冻区隧道贴壁式聚氨酯保温层的保温效果为89.90%~96.43%,新型离壁式波纹钢板保温套衬的保温效果为101.94%~107.14%,离壁式波纹钢板保温套衬的保温效果要优于贴壁式聚氨酯保温层。     

水平小净距隧道中夹岩安全系数法研究与应用北大核心CSCD

中夹岩柱是小净距隧道围岩稳定控制的关键部位,判别中夹岩的安全性是工程设计和施工过程中的重难点。文章通过分析不同围岩级别、埋深情况下中夹岩的破坏模式,建立Ⅳ级围岩条件下水平小净距隧道中夹岩力学分析模型,并确定中夹岩破裂面位置。根据中夹岩上部滑块体形状的不同分为两种情况,通过边坡稳定性原理、极限平衡假设及普氏压力拱理论推导中夹岩上部滑块体的抗滑力、下滑力以及安全系数的计算公式,从而建立起评判中夹岩安全性的安全系数法,并结合数值模拟对其进行验证。将经验证后的安全系数法应用于某实际隧道工程,判断其中夹岩安全性,得出该隧道中夹岩破坏临界厚度为6 m,进而对6 m以下的中夹岩使用锚杆进行加固。     

高速铁路黄土隧道初期支护受力特性研究

支护结构的合理设计是大断面黄土隧道设计的关键环节。文章结合在建铁路黄土隧道,采用数值模拟,分析了大断面黄土隧道在不同初期支护时机情况下,支护结构、围岩受力状态和力学行为变化情况;基于控制围岩变形为核心,对大断面黄土隧道施工中初期支护施作时机的选择给出了合理的建议;根据现场监测结果,总结出了黄土隧道初期支护受力规律。黄土具有明显的流变特性,支护结构受力很大一部分承受围岩流变产生的附加荷载;另外,支护结构受力在空间上分布并不均匀对称,这些在设计中都应加以考虑。