隧道危石识别及防控研究现状与发展趋势

隧道危石垮塌防控是隧道安全建设面临的重大理论与技术难题,针对危石垮塌机理复杂且缺乏有效的探测技术及方法,难以对其实现有效防控的问题,在系统整理国内外研究资料的基础上,从隧道危石地质调查、危石识别理论、危石监测及控制方法3个方面总结了隧道危石识别与防控的研究现状。在隧道危石地质调查方面,数字罗盘接触测量、近景摄影测量、激光扫描已成为支撑隧道危石地质调查发展的三驾马车,初步形成了基于结构面网络模拟的三维岩体结构信息集成分析方法;在隧道危石识别方面,危石静态及动态识别理论研究取得长远发展,初步形成了静-动结合的隧道危石稳定性判识方法;在隧道危石监测及控制方面,虽然做了一些工作,但尚未形成有效的隧道危石监测及控制技术方法。随后结合笔者团队正在开展的研究工作,系统阐述了现有隧道危石防控理论及技术的不足,并对隧道危石防控对策进行了相关探讨,认为隧道危石防控的研究重点和趋势有以下3点：物-钻-表三位一体的岩体结构探测方法;岩体结构模型跨尺度联合重构方法;隧道危石"点-域"同步监测及靶向控制技术。研究结果可为广大研究者和应用者提供了一个探讨的基本框架,并为本领域研究提供了一定的参考。     

破碎岩体注浆加固后的力学特性研究（双语出版）

基于理论分析建立破碎岩体注浆加固体力学模型,通过室内试验制作加固体试样并开展单轴抗压试验,分析破碎岩体含量、破碎程度、界面粗糙程度以及注浆材料黏结性能等因素对加固体强度的影响。试验表明：注浆加固体试样在单轴压缩破坏过程中,其内部石块基本保持完整性,破坏主要产生在交界面以及注浆材料内部;当V_BP较大时,在碎石体的阻隔作用下,破裂面无法一次性产生,且多为剪切型破坏;当V_BP较小时,压缩破坏过程中直接形成了上下贯通的破裂面,且多为拉断型破坏;对于未加固的破碎岩体,其强度随V_BP增加而减小,且强度离散程度较大;加固后其强度随V_BP的增大而增大,整体强度大幅提高,同时呈现出明显的线性相关性;加固体强度随碎石数量的增加而减小,二者的线性相关性不显著;加固体强度随着注浆材料黏结强度的增加而增加,随交界面体密度的增加而减小;交界面体密度与黏结强度相互影响,总体强度是二者耦合作用的结果。基于加固体力学模型以及单轴抗压试验数据提出了加固体强度计算公式,该公式考虑了破碎岩体含量、破碎程度、界面粗糙程度以及注浆材料黏结性能等因素对加固体强度的影响。通过与实际试验数据比较,证明了该公式可以较好地对破碎岩体加固强度进行预测。     

水泥浆液黏度对全风化花岗岩注浆加固效果的影响

水泥浆液是隧道与地下工程水害治理与地层加固的常用注浆材料。针对利用水灰比调节水泥浆液黏度的传统方法在注浆治理工程中存在的局限性,通过掺加2种外加剂实现了水灰比为1：1的水泥浆液的黏度和流动度在一定范围内动态可调。选取典型工程中遭遇的全风化花岗岩为被注介质,开展了注浆模拟试验,研究了不同黏度浆液在全风化花岗岩中的扩散规律,分析了浆液黏度对注浆加固效果的影响机制。研究结果表明：水泥浆液在被注介质中整体呈现劈裂扩散模式,随着浆液黏度的增大,主劈裂浆脉扩展形态由"三叉形"逐渐向"折线形"转变,主浆脉宽度变厚,被注介质的单轴抗压强度和抗剪强度不断提高;在水泥浆液黏度为24.6 s时,加固土体的单轴抗压强度提高了87%,内聚力和内摩擦角分别提升了220%和46.6%,内摩擦角与抗剪强度随浆液黏度的变化趋势基本一致,可见内摩擦角的提升可作为影响被注介质抗剪性能的关键指标;临近18.8 s的浆液黏度是浆脉扩展形态转变和被注介质强度增长速率变化的敏感黏度。研究成果可为全风化花岗岩及类似地层注浆治理工程中的注浆材料选型、黏度调控及加固效果评价提供技术参考。     

动态增量位移正算反演分析及其在隧道工程中的应用

为了优化隧道围岩物理力学参数的反演方法并提高运算速度,文章提出了隧道工程动态增量位移正算反演分析法,并将该方法应用于青岛胶州湾海底隧道工程;建立了弹塑性动态增量位移反演预测模型,改进了传统的弹塑性正演优化反分析方法,衍生了作简化分析的基于施工过程的线弹性动态增量位移反演正算反分析方法;对青岛胶州湾海底隧道三个施工段计算位移和实测位移进行了比较。研究结果表明,动态增量位移反演正算反分析方法可反映动态施工过程中任意施工阶段间的增量量测信息,为变形控制技术的实施提供有力的保证;与传统的弹塑性正演优化反分析方法相比,可以提高效率,保证计算精度。     

某钢管混凝土拱桥斜拉扣挂系统拆扣方案研究

针对某大跨径钢管混凝土(简称CFST)拱桥的斜拉扣挂系统扣索多、部分扣索角度小,调索可操作性差的实际情况,将扣索一次张拉到位、通过预拱度实现线形控制的迭代优化算法应用于拱肋吊装的线形控制和索力计算.为克服这种方法难以调整主拱肋内力和预抬高量可能偏大的缺陷,并注意到合龙前后拆除扣索的时间、顺序和方法的差异会对拱肋的线形、内力产生影响,提出修正拆扣方案,将部分扣索调整到合龙之前拆除,并对几种可行方案进行了分析和优化比选,确定了一个最佳的,更利于施工控制的方案.     

盐水环境下水泥土桩劣化效应及其对道路复合地基沉降的影响

为了揭示盐水环境下水泥土桩的劣化效应及其对道路复合地基沉降的影响,通过室内模型试验研究了黄河三角洲盐水环境下水泥土的劣化效应,分析了水泥土劣化深度和未劣化部分抗压强度的演化规律.通过对已有水泥土劣化研究成果进行总结分析,提出了基于水泥土早期强度试验的盐水环境下水泥土桩全寿命周期承载力实用预测方法;同时,通过模型试验和数值模拟研究了水泥土桩劣化对复合地基沉降的影响.研究结果表明:在加固地下水矿化度高的软弱地基时,水泥土桩会从外向内逐渐劣化;水泥土劣化对搅拌桩承载力的影响较大,会增大复合地基沉降,而且桩体缺陷将加剧水泥土桩的劣化效应.为了保证路基的持久稳定并控制其长期沉降,在盐水环境下水泥土桩复合地基设计中须考虑水泥土劣化的影响.     

分岔隧道过渡段稳定性研究

采用数值分析和地质力学模型试验2种手段对分岔隧道中四车道大拱段和连拱段、连拱段和小净距段2个过渡段进行了研究,并在工程现场对关键断面进行了监控量测;数值分析采用的是有限单元法,在模型试验中研发了组合式三维地质力学模型试验系统和铁晶砂胶结相似材料;对3种手段的结果进行比较分析。结果表明:从横向来看,过渡段拱顶、中隔墙和中隔岩柱等部位受隧道开挖的影响较大;从纵向来看,过渡段Ⅱ比过渡段Ⅰ危险。     

支井河特大桥考虑结构-地基相互作用模态分析

用有限元计算软件ANSYS对支井河特大桥进行了模态分析，考虑了结构-地基的相互作用，地基有限计算区域的人工边界用粘弹性边界实现。结果表明，全桥纵向刚度远大于侧向刚度，前十阶振动主要发生在侧向；考虑了结构-地基相互作用后，与传统假设刚性地基时模态分析结果相比，结构各阶模态的固有频率均有降低，但降低程度不大，说明该桥基础刚度较大，满足刚性基地的假设。     

隧道施工时探查、预报断层、岩溶、地下水的技术新进展

经十余年的不断努力,特别是2003年以后,由于国家有关部门的重视和支持,在探查预报隧道掌子面前方断层、破碎带、溶洞、暗河、地下水等方面有较大进展,结合探查实例,介绍以陆地声纳法为代表的弹性波系列方法、瞬变电磁法和探地雷达组合的成套方法技术,在断层的空间定位、探查地下水、探查溶洞、暗河等方面的理论研究成果和实测预报中取得的效果。     

大体积混凝土水管冷却温度场分析

结合工程实际,利用有限元程序MIDAS对青岛海湾大桥连续梁下部承台的水化热效应和水管冷却效应进行了数值模拟,分析了承台水化热温度场的分布规律.计算结果与实测数据进行了比较,表明该方法的计算精度较高.分析结果表明:在控制水化热温度时,冷却水流速应为临界流速的3～4倍、冷却管间距不宜超过1 5 m.