TBM施工超硬岩分类指标和确定方法研究

超硬岩分类指标和确定方法是TBM施工围岩分类需要关注的重要问题。完整岩体中隧洞施工，岩石坚硬程度和摩擦性是影响TBM掘进状态的主因。基于国内外TBM掘进预测模型和典型工程实测数据，重点分析岩石单轴抗压强度与TBM净掘进速度、现场贯入度指数的关系和敏感性，分析岩石摩擦性和TBM刀具磨损程度，讨论适用于划分超硬岩类别的阈值。综合分析岩石坚硬程度和摩擦性对TBM施工的影响，提出2类超硬岩划分标准： 一类是单独由岩石坚硬程度决定的超硬岩（H₁），建议按单轴抗压强度UCS>200 MPa确定； 另一类是由岩石坚硬程度和摩擦性共同决定的超硬岩（H₂），建议按单轴抗压强度UCS>150 MPa且摩擦性指数CAI>4.0确定。     

预应力锚索注浆体与岩石黏结界面抗剪强度试验

通过锚固在硬岩和软岩中的岩锚抗拔试验以及注浆体与岩石胶结面的直剪试验,分别得到了注浆体与锚孔孔壁、注浆体与岩石胶结面的黏结强度参数。试验结果表明:在岩石的整体性和均质性较好的情况下,注浆体与岩石之间的黏结强度主要取决于黏结面的粗糙程度;硬岩强度高,抵抗钻头横向冲击的能力强,成型后的锚孔孔壁较为光滑;软岩强度低,抵抗钻头横向冲击的能力弱,成型后的锚孔孔壁较为粗糙,这增强了软岩岩锚的锚固段在注浆体与岩石黏结面上的承载能力,降低了该界面发生脱黏破坏的几率。鉴于锚孔孔壁粗糙度对岩锚承载强度影响较大,建议在以后的锚固工程设计以及预应力锚固规范的修订时对上述现象进行合理的考虑。     

超大直径泥水盾构土岩交互地层掘进载荷计算与分析

为解决土岩交互地层超大直径泥水盾构推力、转矩参数设计取值与施工参数控制问题,提出土岩交互地层掘进载荷计算模型。根据泥水盾构特点分析载荷各分项组成,建立掘进载荷数学模型,基于土岩交互地层模型、刀盘几何模型对载荷计算模型进行数值仿真,利用汕头苏埃通道基岩段施工数据对模型进行计算验证,分析基岩侵入高度、岩石强度、贯入度等影响因素对刀盘转矩的影响规律。计算分析结果表明： 1）掘进载荷计算模型理论推力与实测值误差为-6.4%~5.6%,刀盘理论转矩与实测值误差为-9.5%~9.0%,模型具有较高的精度,可满足装备设计和工程应用的实际需要; 2）随基岩侵入高度和贯入度增加,推力、转矩均增加,但转矩对岩石侵入高度、贯入度变化更灵敏; 3）岩石单轴抗压强度每增加10 MPa,转矩约上升7%（强度在50~100 MPa,贯入度5 mm/r）; 4）在高贯入度下,〖JP2〗刀盘转矩随岩石侵入高度的增加效应越显著; 5）在刀盘1/2位置附近,岩石高度增量引起的转矩增加最为显著。建议在施工中根据地勘确定的基岩侵入高度、岩石强度、贯入度参数计算出对应的转矩,可作为施工中掘进控制参数。     

嵌岩桩桩端极限阻力分析与设计研究

现行嵌岩桩设计规范只考虑桩端岩石的单向受力状态,而实际桩端岩石的压缩变形受到横向约束的作用而处于三向受压状态。试验证明,其三轴抗压强度远高于单轴抗压强度。文中应用材料力学强度理论对桩端岩石三轴抗压强度进行了分析,并提出了嵌岩桩极限承载力标准值新的计算方法。     

红层软岩三轴应力-应变全过程试验研究

由于红层软岩特殊的地质特征,目前对其受力、变形及水理性变化规律的认识还不够。文章通过三轴应力—应变全过程试验,研究了不同围压下红层的破坏规律、极限抗压强度和残余强度的变化规律,取得了几种典型红层软岩的抗剪强度、残余抗剪强度以及水对这两种强度的影响,最后分析了岩体中结构面同三轴极限抗压强度的关系。     

川南地区典型砂岩强度特性分析

以四川宜宾市高县的典型砂岩为研究对象，进行基本物性试验、矿物成分分析、饱和与烘干两种状态下的点荷载和单轴抗压强度试验，分析含水状态对砂岩强度的影响和点荷载强度指数I_s(50)与单轴抗压强度UCS间的转换关系。结果表明:饱和状态下砂岩I_s(50)在0.89～1.36 MPa，均值1.14 MPa，UCS为19.98 MPa，烘干状态下I_s(50)在2.07～2.82 MPa，均值2.43 MPa，UCS为43.98 MPa；试样I_s(50) 与UCS在饱和后衰减比例基本一致，约55 %，工程实践中可利用点荷载强度了解其软化特性；公路沿线典型砂岩建议采用UCS=17.53 I_s(50)作为两种强度之间的转换关系。     

公路边坡岩体的软化时效特性研究

在对岩体软化试验资料进行统计分析的基础上,首次提出了将软岩强度指标的变化按照饱和状态与非饱和状态分别采用不同的数学关系式进行描述的方法,其结果更能客观反映软岩的浸水或饱水软化特性.从工程岩体稳定性分析角度出发,非饱和状态下重点考察软岩强度与含水率关系;饱和状态下主要考虑软岩强度与饱水时间之间的数学关系.提出了应用Hoek-Brown准则推求软岩岩体浸水或饱水条件下的抗剪强度参数软化规律.在汝郴高速公路沿线某软岩边坡软化试验成果基础上研究了边坡岩体的抗剪强度软化关系;利用数值分析方法研究降雨软化条件下的稳定性,结果表明岩体软化效应对边坡稳定性评价有至关重要的影响.     

点荷载强度试验经验公式影响因素分析

岩石点荷载强度试验作为一种常见的岩石强度试验测试方法，应用越来越广泛。国内外学者在实践中总结出了大量的经验公式，证明饱和单轴极限抗压强度与岩石点荷载强度指数之间具有线性关系，但由于采取试样受地域、岩性、强度、结构构造的不同，其经验公式有一定的差异。在实践中发现，其相关性受岩石坚硬程度、岩体完整程度、岩层产状等多因素影响，通过采取一定量的岩石试样分别从岩石坚硬程度、岩体完整程度、岩层产状等方面分组对其统计分析，得出各因素对岩石点荷载强度指数和饱和单轴极限抗压强度相关性的影响程度，为工程实践提供参考。     

桥梁勘察中红砂岩单轴抗压强度标准值的计算方法探讨

岩石单轴抗压强度标准值,是桥梁桩基工程设计中的重要指标。在桥梁工程地质勘察过程中,由于红砂岩是一种软岩,计算红砂岩石的单轴抗压强度标准值时,其单轴抗压强度的离散性大,这直接关系着单轴抗压强度标准值,其值的大小将直接影响桥梁桩基的桩径大小和长短。对此,以江西境内红砂岩为例,分析了红砂岩的单轴抗压强度值变化大的原因,通过实例,探讨在对红砂岩的试验数据进行统计计算时采用的方法和原则,使其单轴抗压强度标准值较为合理。     

支护阻力抑制围岩饱水软化作用研究

常规三轴压缩试验一直是认识岩石在复杂环境(如地下水丰富)下力学性质的主要手段,因此,利用XTR01-01型微机控制电液伺服岩石三轴试验仪研究在不同围压条件下饱水时间对软岩强度的影响规律,对于隧道工程的设计、施工和安全运营具有重要意义。就梅(州)～大(埔)高速昆仑隧道出口右线软岩大变形段中所揭示的风化变质砂岩设计了不同饱水状态下的三轴试验方案,并进行了三轴力学性质测试,描述了软岩在饱水时间为1个月的全应力—应变曲线特征,重点探讨了围压和饱水状态对软岩强度的影响规律,详细分析了二者对软岩强度变化的作用机理及特点。最后,根据围岩动态演化规律,结合试验研究结论,提出高地应力软弱围岩的支护原则。     

绩黄高速公路佛岭隧道围岩现场快速分级方法研究

以佛岭隧道工程为背景，应用回归分析理论建立单轴抗压强度和回弹强度的关系式，同时将难以量测的体积节理数、地应力等也用经验性的计算式和方法进行判断，最后依据现行规范中的方法进行围岩分级。实践证明，此种方法不仅具有现场操作简便、快速的优点，且可与勘察设计阶段的分级结果进行比较，用来优化设计参数和调整施工方法，为隧道围岩分级提供了一种新的途径。     

点荷载仪在优化红层隧道围岩级别中的应用

目前，在划分隧道围岩级别时，多是采用岩石饱和抗压强度来计算围岩BQ值，致使红层地区的隧道Ⅴ级围岩偏长，PPP高速公路项目的投资压力偏大。按照岩石中“砂质含量”从低到高的顺序，将红层岩石主要分为“泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩、砂岩”四类，分析红层隧道的工程地质特征，判断出“岩石强度Rc是影响红层隧道围岩BQ值的关键因子”；分析了“样品失真”是导致常规抗压试验数据偏于保守的根本原因；归纳了点荷载试验具备“设备轻便、取样快捷、离散性小”等优点，阐明采用天然状态下的岩石点荷载强度来计算BQ值更贴合红层隧道实际水文地质条件的原理；建立了采用“点荷载强度”来优化红层隧道围岩的方法。     

岩石里氏硬度值与单轴饱和抗压强度相关性分析初步探讨

隧道施工期关于岩石坚硬程度指标的准确获取，是隧道围岩快速分级面临的实际问题，现行规范要求采用岩石单轴饱和抗压强度作为岩石坚硬程度的定量指标。为寻求关于岩石单轴饱和抗压强度最优的替代方案，对岩石单轴饱和抗压强度的不同替代方案和指标的优缺点进行分析比较，并通过使用里氏硬度计对不同岩性的岩石进行室内试验分析，研究泥岩类岩石和砂岩类岩石里氏硬度值与单轴饱和抗压强度之间的关系。利用数理统计软件SPSS24.0对岩石的里氏硬度值及单轴饱和抗压强度值进行回归分析，指出里氏硬度值与岩石单轴饱和抗压强度二者存在相关关系，且相关性较强，并构建不同岩性的岩石在饱和状态下单轴抗压强度与里氏硬度值的回归预测方程。     

土岩交错地层隧道爆破施工的振动响应及空洞效应分析

以汕湛高速揭博段水墩隧道为工程背景,运用数值模拟计算的方法,建立上软下硬地层下爆破振动的有限元计算模型,对爆破荷载作用下上部初期支护和围岩的振动响应及空洞效应进行研究。结果表明： 1）掌子面下部基岩爆破施工的振动荷载主要通过支护结构传递给拱顶围岩,而掌子面上部前方围岩（未成洞区）和后方围岩（成洞区）振动分布并不对称,其中成洞区围岩的振动速度和振动范围远大于未成洞区,说明上软下硬地层隧道爆破振动存在空洞效应; 2）成洞区单向约束是造成振动加剧的根本原因,围岩振动的纵向最不利位置为掌子面后方约2 m处,径向为软硬交界结构面与隧道外轮廓的切点处; 3）振动方向以径向为主,即拱顶围岩振动以竖向振动为主,初期支护拱脚以水平振动为主; 4）距离掌子面1倍(洞径)范围的拱顶围岩及初期支护拱脚是控制爆破振动的关键部位。     

穿越起伏基岩地层的盾构机掘进姿态控制方法研究

为了研究盾构机掘进姿态的控制方法,以长沙地铁2号线望梅区间隧道为工程依托,通过对现场盾构机穿越起伏基岩地层时软硬岩高度比和围岩强度比与油缸推力比的统计分析,得出了盾构区间直线段和曲线段地层由软到硬和由硬到软的合理的油缸推力比。将盾构油缸推力比应用到工程实际中,得出相应的直线段和曲线段的水平、竖向偏差,且均满足轴线偏差不得超过50 mm的标准要求,从而得出盾构机穿越起伏基岩地层合理掘进姿态的控制方法。     

重载铁路路基软质岩填料及改良土工程性质试验研究

以蒙华重载铁路岳阳至吉安段软质岩填料为研究对象，通过一系列室内试验，对其作为重载铁路基床以下路堤填料的工程性质进行了研究。结果表明:软质岩的矿物成分主要为石英，含有较多次生矿物，使其具有一定黏聚性，全风化软质岩属于D组填料；增加软质岩填料的压实度或进行水泥改良能有效提高其抗剪强度和抗渗透能力，并降低压缩性；对软质岩进行3.0%的水泥改良或4.5%的石灰改良后，其无侧限抗压强度能够满足规范对于重载铁路基床以下路堤的强度要求。