超大埋深特长公路隧道初始地应力场反演分析

为探明蓝家岩超大埋深特长公路隧道轴线方向的初始地应力场状态,依据工程地质勘察报告,利用有限元计算软件ANSYS建立了工程区三维地质模型;以现场水压致裂法测得的初始地应力资料为研究基础,通过地质力学分析确定影响初始地应力场形成的主要因素,并将其表达为数值计算所需的边界和初始条件;在各影响因素单独作用下,计算得到水压致裂法各测点位置的地应力量值;运用多元回归分析获得了蓝家岩隧道轴线方向上的初始地应力场分布规律。根据蓝家岩隧道轴线处地应力场回归方程,计算得到现场应力解除法各测点位置处的地应力,并与实测结果进行比较,从而验证反演回归计算结果的合理性。结果表明:主应力量值随埋深呈现出近似线性增长的关系,垂直主应力等于或略大于单位面积上覆岩层的自重应力;主应力量值呈现出S_H(最大水平主应力)S_h(最小水平主应力S_V(垂直主应力)的规律,表明蓝家岩隧道初始地应力场以水平构造应力为主导;主应力量值大部分在20 MPa以上,说明蓝家岩隧道为高地应力场隧道;最大水平主应力与最小水平主应力的量值相差较大,根据摩尔-库仑强度理论可知隧道水平面内存在较大剪应力,易导致围岩产生过大变形或破坏;在断层经过区域,受断层挤压剪切作用,地应力变化剧烈,相对断层前后的地层而言有一定的应力松弛。     

深埋长大高速铁路隧道地应力测试及岩爆预测分析

岩爆是深埋长大隧道的主要地质灾害之一,对岩爆进行预测是保证隧道安全施工的必要前提.该文介绍了水压致裂法测试地应力的原理,对沪昆客专长昆段控制性工程之一的姚家隧道进行了地应力测试,并采用强度理论中的Turchaninov判别法和Russenes判别法进行了综合评价.分析结果表明:在测试深度范围内,最大水平主应力为3.6～12.5 MPa,最小水平主应力为2.1～7.8 MPa,最大水平主应力方向约为N34°W,与隧道轴线走向的夹角约为83°,对隧道围岩稳定性不利,姚家隧道有2段共400 m的长度内可能发生轻微岩爆.     

黄金坪水电站大断面尾水隧洞结构安全性研究

依托黄金坪水电站尾水隧洞工程,采用数值模拟、现场监测的手段进行了深埋大断面尾水隧洞开挖结构安全研究。研究结果表明:将隧洞断面划分为4层开挖,顶层采用导坑扩挖法,先开挖中部导坑,再向两侧进行刷扩处理,因刷掉的是围岩松动圈外圈的低应力松散带,避免了扰动深部围岩,有利于结构安全;大断面尾水隧洞在分层开挖、支护过程中,围岩最大拉应力为0.86 MPa、最大压应力为6.9 MPa,支护结构最大拉应力为0.6 MPa、最大压应力为5.0 MPa,均远小于允许应力而且不会发生岩爆,围岩和隧洞支护体系在开挖、支护完成后逐步达到稳定状态;围岩多点位移计的现场监控量测结果验证了数值计算结果的正确性,研究方法可为类似工程提供参考。     

基于地应力测试的公路岩爆预测技术研究

地应力是由于地质构造形成的岩体内部的应力,其分布异常经常造成隧道施工的岩爆危害.利用常用的水压致裂法,获取了某公路隧道最深处的地应力分布特征,最大水平主应力值σH=15.87MPa、最小水平主应力值σh=11.25 MPa、自重应力值σv=13.50 MPa.在此基础上,利用工程岩体分级标准判别法、Russenes判别法、Turchaninov判别法、Hoek判别法等4种岩爆判别法对其进行了定性或定量评价.各方法均认为该隧道不存在产生岩爆的可能,该地应力条件下隧道施工是安全的.该方法体系可供类似隧道的岩爆评价作为参考.     

缓倾砂岩夹泥岩隧道岩爆段初期支护变形特征及控制技术研究——以蒙华铁路段家坪隧道为例

针对蒙华铁路段家坪隧道岩爆段初期支护在较小变形下发生破坏现象，通过室内试验、超前地质预报、地应力测试等技术手段，分别揭示洞周围岩强度、掌子面前方地质情况和初始地应力状态，同时对初期支护变形破坏特征进行归纳总结并分析成因，得出： 围岩特性、地质构造特征、工法是影响初期支护变形破坏的重要因素，局部水平向高地应力是主因。采取增强支护参数、增设缓冲层、锚杆+加筋底板、加装阻尼器等技术措施控制初期支护变形破坏。研究结果表明： 1）以水平构造应力为主的高初始地应力条件下，若隧道洞身围岩竖向节理发育，开挖宜首选二台阶法。2）拱部及仰拱初期支护混凝土破坏类型为剪压破坏,格栅钢架主筋破坏类型为偏心受压屈曲。3）以水平构造应力为主的高初始地应力状态下，宜根据围岩特性、支护原理及现场实际选择相应的技术措施。     

嘎隆拉隧道初始地应力钻孔应力解除法在现场测试中的应用

嘎隆拉隧道在前期设计阶段采用水压致裂法进行了应力测试,但提交的成果仅为平面应力.为了确定隧道地段初始地应力场的三维空间应力状态,并为隧道设计与施工提供依据,运用钻孔应力解除法测量了嘎隆拉隧道区2个测点的地应力.测试结果表明,最大主应力最大值为28.5 MPa,最小值为25.3 MPa.由于隧址区属于高地应力区,最大主应...     

应力解除法在某山岭隧道地应力测量中的应用及岩爆预测

为了解某山岭隧道的地应力状态及为岩爆预测提供依据,在该隧道沿线选择了2个有代表性的位置,采用空芯包体应力计进行地应力测量。测量结果表明：该区域最大主应力近于水平,最大主应力量值为16.14MPa,方向为S65。E,测量结果与现今区域构造应力场相吻合。最后在实测地应力和岩石力学试验的基础上,对该山岭隧道的岩爆强度进行了预测,并提出了相应的防治措施。     

上穿公路隧道爆破对下方供水隧洞的振动影响研究

新建的大望山公路隧道从既有沙湾供水隧洞上方穿过,形成空间隧道交叉,高程上它们最小距离21.5 m,并且交叉段公路隧道和供水隧洞围岩分别为IV级和V级,岩性较差。上穿隧道爆破开挖会对下方供水隧洞的稳定造成一定影响,需对其进行具体的研究,应用ANSYS/LSDYNA对其进行数值模拟是一种较为合适的方法。通过计算,结果表明:当上穿隧道掏槽爆破最大单响药量为8.0 kg时,下方供水隧洞拱顶单元X方向上的拉应力为0.12 MPa,比其它两个方向的拉应力大,第一主应力为0.13 MPa;隧洞拱顶质点垂直振动速度最大,约为2.8 cm/s,小于水工隧道规定的安全质点振动速度7 cm/s,不会造成供水隧洞的破坏;供水隧洞质点垂直振动速度峰值在拱顶处较大,沿隧洞断面向下逐渐减小,而水平振动速度峰值沿断面向下先增大后减小,垂直振动速度峰值在整个断面上都大于相应点的水平振动速度峰值。分析结果可用来指导上穿隧道的爆破施工及供水隧洞的监控量测。     

煤系地层隧道围岩大变形控制研究

煤系地层软弱破碎,围岩大变形已成为穿煤隧道主要灾害之一。广渝高速某隧道地应力量测结果显示,在隧道穿煤段和龙王洞背斜轴部软弱围岩段,最大水平主应力达20MPa,很可能发生大变形破坏,是工程控制重点。分析得出大变形破坏在力学性质和物理破坏模式上均异于小变形破坏,导致其后期变形量、变形速率均无稳定趋势,且最大变形量出现在垂直于最大主应力方向。产生大变形的原因主要有软弱的岩性、高地应力和过大的开挖断面,在此基础上提出了及时封闭开挖面、分台阶开挖并严控开挖面积、自进式注浆锚杆加强支护和应力导流等控制措施,现场量测结果显示,围岩大变形得到了有效控制。研究成果可为类似工程的支护设计与施工提供参考。     

高地应力水平岩层隧道岩爆机制研究——以大峡谷隧道为例

高地应力水平层状硬脆性岩体隧道在开挖后周边应力会重分布,导致切应力增加,进而引起局部的弹性应变能增大,当达到一定程度后就会发生岩爆。为研究高地应力下水平岩层的岩爆机制,依托大峡谷超大埋深隧道,采用有限差分软件,建立水平岩层和均质岩层2种工况,从弹性应变能和应力路径2个方面分析了水平岩层岩爆的风险性。研究结果表明:1)在构造应力场的作用下,水平岩层与均质岩层存在较大差别。隧道开挖后,由于开挖卸荷作用,水平岩层掌子面所在环状区域应变能最大,且在开挖前后隧道周边不同位置都出现应变能突变;均质岩层开挖后应变能突变较小。2)应力路径中2种工况下最大主应力和弹性应变能的变化趋势一致,水平岩层中拱顶和拱底区域的应力差在开挖后不断增大,其他位置则在开挖到监测点所在断面时发生突变,造成岩石劣化,掌子面环状区域岩爆的风险增加。     

马坑山特长隧道岩爆预测及工程对策

通过对马坑山隧道地应力测试结果的分析,推导了隧道轴线水平面上的应力和隧道断面内最大切向应力的估算公式。在此基础上,根据国内外多种岩爆判别准则,对隧道开挖发生岩爆等级进行综合预测,并分析了岩爆发生临界深度,为马坑山隧道防治岩爆危害的工程对策提供依据。     

TBM开挖深埋铁路隧道引起的围岩扰动分析

TBM深埋铁路隧道地应力水平高,应力场复杂多变。为研究TBM开挖深埋铁路隧道引起的围岩扰动,明确其应力重分布特征及产生机制,依托实际铁路隧道工程,采用FLAC 3D数值模拟软件,建立TBM隧道施工掘进模型,基于力流理论对TBM隧道开挖过程中的围岩应力分布特征及弹性应变能进行分析,采用弹性应变能大小为指标对隧道岩爆位置进行预测。研究结果表明:1)隧道围岩应力及弹性应变能大致呈上下对称分布,TBM的质量对围岩应力分布影响不大; 2)在水平构造型应力场中,σ_x(横向应力)的重分布对σ_1(最大主应力)的应力集中程度影响显著,拱顶和拱底、拱肩和拱脚、拱腰处最大主应力集中分别主要由横向应力、剪应力、竖向应力集中引起; 3)σ_1的应力集中程度反映了弹性应变能的跃升水平,隧道拱底和拱顶发生岩爆的可能性最大。     

河谷边坡变形破坏的FLAC3D数值模拟

结合贵州香树坪滑坡所处地质环境，利用FLAC3D数值分析软件，模拟软硬互层斜坡在河谷边坡形成过程中的应力变化及变形破坏特征。分析得出:初始应力场中，σv垂直应力均为压应力，近水平平行分层分布，由坡顶向深部基本呈线性递增，增加梯度大致与岩体平均重度等同；最大主应力方向近垂直方向，随深度线性递增。随河谷下切，河谷边坡岩体在卸荷作用下引起内部应力重分布，局部应力集中，最大主应力迹线发生偏转，越接近临空面越与之平行，最小主应力则与之正交；坡体由于开挖卸荷，坡表回弹变形明显，根据监测点位移值，坡顶到坡脚变形呈由小变     

基于交叉验证的XGBoost算法在岩爆烈度分级预测中的适用性探讨

为解决机器学习算法在样本较少时，所得岩爆烈度等级的预测结果存在可靠性不足的问题，采用一种基于交叉验证的XGBoost算法，并讨论其适用性。先选取岩石单轴抗压强度σc、单轴抗拉强度σt、洞室围岩最大切应力σθ、岩石弹性变形指数Wet以及岩体完整性系数KV等5个评价指标； 再以国内外岩爆实例数据为样本，通过多次交叉验证计算XGBoost算法岩爆预测准确率，与支持向量机算法、随机森林算法所得准确率比较； 最后对评价指标重要性进行分析。结果表明： 1）在样本较少时，样本划分和排序的随机性对预测结果影响较大，通过多次交叉验证求取预测结果平均值，可提高结果可靠性； 2）评价指标中KV与σθ重要性最大，σc重要性最小； 3）XGBoost算法具有较高的预测准确率，在岩爆烈度分级预测中具有一定适用性。     

二郎山公路隧道岩体应力测试研究

通过二组钻孔应力解除法地应力实和六组Kaiser效应地应力测试，查明了二郎山公路隧道工程岩体内的空间应力总体状态为潜在走滑型，隧道中部测得的岩体应力量级普遍较高（其中σ1max达35．3MPa），故施工过程中须高度重视其高地应力与岩爆问题。     

深埋TBM隧洞岩性界面区围岩破坏特征与支护技术研究

为保证深埋TBM隧洞岩性界面区域的安全、高效施工，综合应用现场调查、微震监测等手段开展顺隧洞轴向岩性界面区域的围岩破坏特征、微震活动特征研究，并在此基础上开展岩性界面区域破坏围岩支护技术研究。研究结果表明： 1）由于岩性界面区域应力集中，开挖卸荷后围岩更容易破坏，且隧洞围岩南硬北软的特征导致不同类型的破坏以蚀变带为界分布在隧洞两侧，破坏分布具有明显的区域性； 2）岩爆、结构型塌方破坏与微震活动具有良好的空间相关性； 3）当岩爆等级较低时，以结构型塌方为主体进行支护，随着岩爆等级升高，支护及防控的主体逐渐过渡为岩爆。     

乌兹别克斯坦甘姆奇克隧道岩爆特点及其形成机制

在总结乌兹别克斯坦安琶铁路甘姆奇克隧道岩爆特点的基础上,结合隧道工程地质条件,对岩爆的发生机制进行分析。研究表明： 甘姆奇克隧道的岩爆主要是由于本隧道的花岗闪长岩和正长斑岩属脆性围岩及围岩内赋存很高的水平向构造残余应力引起的; 隧道在埋深仅40 m的条件下就发生岩爆,且岩爆发生在拱顶-拱腰段,主要是由于与隧道轴线接近垂直的水平向地应力为最大主应力的缘故;该隧道的岩爆按形成机制可分为完整岩体的薄片状弹射、近水平向层状岩体折断崩落、岩块崩出+周边围岩塌落和边墙板状岩体折断崩出4种模式。     

锦屏二级水电站深埋隧洞施工难点解析

锦屏二级水电站深埋长隧洞群平均埋深达到1 500~2 000 m,地应力高,工程地质条件复杂,超高压大流量地下水、岩爆、围岩大变形是世界性难题。为解决以上问题,对锦屏二级水电站深埋长隧洞群施工难点进行探讨,主要研究内容和结论如下： 1）地下水处理采用“以堵为主、堵排结合”的总体设计原则,采用的处理技术有引流、局部封堵、系统的高压固结灌浆和分流导洞封堵等; 2）从“以防为主”和“以治为主”2个方面讨论岩爆防治方法,重点论述应力解除爆破和TBM掘进的岩爆处理; 3）分析软岩大变形产生的原因及采取的处理措施,重点论述上台阶扩挖洞径的确定和落底开挖前的加强支护措施。     

苍岭隧道施工中岩爆理论预测研究

文章以在建的苍岭隧道为研究对象,主要对隧道在施工前后的K97 500~K98 060段进行理论上的岩爆预测研究;施工前,采用有限元分析手段模拟隧道的实际开挖方式,考虑开挖后洞周应力的最不利状态对该段岩爆状况进行首次岩爆理论预测;施工中,在对隧道开挖段已产生的岩爆规模不断拟合研究的基础上,获得更加符合现场实际的地应力场资料后,再次对掌子面前方未开挖段的岩爆状况进行更加准确的二次岩爆预测预报。     

基于微震监测的深埋隧道岩爆预警研究

北武夷山高铁隧道是一座单洞双向隧道,隧道最大埋深达1 100 m,属于高地应力区。经岩爆倾向性研究,可能出现弱岩爆。为了预防岩爆造成人员伤亡和设备损坏,研究人员采用微震监测技术,在开挖同时配合微震监测,根据监测到的事件数和能量变化情况,对岩爆和片帮发生进行预警。当微震系统监测到的事件率和和能量率同时急剧增加时,说明岩体内部变化剧烈,发生岩爆等地质灾害的可能性大大增加。根据这一准则,研究人员成功预测了隧道开挖过程中的一次小型岩爆。研究成果如下： 1）总结了隧道施工中常见微震波形的特征; 2）佐证了事件率和相对能量释放率可以客观反映岩体内部剧烈变化的事实,对今后隧道等地下工程利用微震监测方法防治岩爆灾害具有重要意义。