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。     

地质构造和地形对N.Barton岩质评定系数Q值的影响分析

挪威岩土所Barton等人给出的岩质评定系数Q值计算式,从岩体的完整性、结构面发育程度、地下水和地应力的影响等方面,全面地反映了岩体的工程地质状况和水文地质状况,定量地反映了围岩质量的好坏,但对宏观地质构造及地形地貌的影响考虑相对较少.文章通过理论分析和数值计算,提出了三个修正系数,即褶皱影响系数Kfo、断层影响系数Kfa以及地形影响系数Ktf,并针对具体工程给出了相应的取值范围,对Q值进行了修正,反应了工程地质构造、地形地貌对Q值的影响程度,使其表达更为准确.     

富水条件下板溪群板岩隧道围岩分级研究

富水板岩隧道围岩泥化、软化问题突出,目前此类隧道的围岩分级是将单轴饱和抗压强度作为分级指标之一。由于板溪群板岩具有特殊的工程地质特性,因此将单轴饱和抗压强度作为板溪群板岩隧道围岩分级指标存在一定的局限性。针对此问题,文章以沪昆客运专线长昆湖南段油坊坪隧道为工程实例,引入软化系数,并将地下水、岩体完整性系数、主要结构面与洞轴交角作为主控因素,建立富水板岩隧道围岩分级体系;基于模糊数学理论,构造各评价指标的隶属函数,利用层次分析法求取指标权重值,并根据最大隶属度原则确定围岩级别。研究结果表明:采用模糊理论对富水板岩隧道进行围岩分级,有效地处理了隧道围岩分级的模糊信息,实现了围岩分级从定性到定量的跨越;引入软化系数通过模糊理论得到的围岩级别与现场实际情况较为接近,说明引入软化系数的富水板岩隧道围岩分级方法具有较强的实用性,可为富水板岩隧道的设计和施工提供参考。     

公路隧道岩质围岩亚级分级研究与应用

文章从当前隧道建设实际出发,首先通过总结国内外多种围岩分级方法及采用指标情况,确立施工阶段以岩石坚硬程度和岩体完整程度作为分级基本指标,以地下水状态和主要软弱结构面产状作为分级修正因素的亚级分级指标体系,然后建立一种基于数量化理论的施工阶段岩质围岩亚级分级模型;并通过样本检验证实本模型具备较高的准确性和合理性,试图探索一种施工阶段围岩亚级分级标准;最后与编程技术和数据库技术相结合,进行施工阶段围岩亚级分级计算机辅助系统开发,以基本实现亚级分级的自动化和智能管理.     

修正Q值围岩分级方法在碳酸盐地区大断裂超深埋特长隧道的应用研究

在隧道建设过程中,围岩分级的准确性直接关系着隧道施工的稳定性.文章在分析了众多的围岩分级方法以后,选择常用的Q值法作为修正对象;根据碳酸盐地区大断裂超深埋特长隧道的特殊性,提出了以断层、褶皱、地形以及岩溶的宏观影响系数对Q值法进行修正,得出了修正以后的建议Q’值法公式.以大坪山隧道为实例,进行验证分析,得出了在最深埋地段围岩级别较高、离断层最近的围岩级别较差的结论,与实际揭露的围岩级别结果基本一致.     

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。     

近水平红层公路隧道围岩分级指标初探

在公路隧道设计和施工中,准确的隧道围岩分级是评价隧道稳定性、确保隧道建设与运营安全的前提。在近水平红层公路隧道的施工中,采用现行公路隧道围岩分级方法对近水平红层围岩进行分级,分级结果与围岩自稳能力所反映出的隧道实际围岩级别之间有很大差异。文章在分析近水平红层公路隧道围岩工程特性的基础上,研究了造成分级结果差异的原因,尝试对围岩分级指标中的地下水影响修正系数进行修正,增加了层厚影响系数,使现有公路隧道围岩分级方法适用于近水平红层公路隧道的围岩分级。利用实际工程对分级指标的适用性进行初步验证,采用修正后指标进行围岩分级得到的结果,能够满足近水平红层公路隧道设计与施工中对围岩稳定性评价的要求。     

基于人工神经网络的梅关隧道围岩级别判别

隧道围岩分级是隧道结构设计的前提工作,也是确保隧道施工安全的关键技术.文章应用神经网络的联想记忆功能,以隧道围岩5个级别作为训练标本,建立隧道围岩与分级指标岩体完整性、岩块强度特性、结构面间的平均距离、结构面状态、岩体的水力条件和地应力场状态之间对应关系的BP判定模型,并将分级结果与模糊系统分级和地质勘查分级法进行对比,效果良好.利用人工神经网络模型为隧道围岩分级提供了一条新途径.     

高地应力地区隧道围岩分级研究

隧道围岩分级是隧道施工的重要指导依据,尤其在高地应力地区其对施工的影响是不可忽略的。文章首先介绍了地应力侧压力系数、最大水平主应力方向与洞轴线的夹角α对隧道围岩分级的影响情况,然后通过增加最大主应力方向与洞轴线夹角指标对地应力进行了修正,并且在公路隧道设计规范的基础上,对Ⅲ,Ⅳ和Ⅴ级围岩增加了亚级分级,更准确地对隧道围岩分级进行了定级。在此基础上,以谷竹高速公路大坪山隧道为工程实例,利用考虑增加地应力大小及方向的方法对其围岩分级进行了修正,得到了与实际开挖较相符的结果。     

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。     

高地应力围岩分级方法适宜性分析探讨

目前我国的隧道建设逐渐向着埋藏深、长度大、难度高等特点发展,围岩分级工作显得越来越重要.在特殊地质环境下,采用围岩分级方法其分级结果会有所偏差.文章以扁担垭隧道为例,分析了其地应力状况和围岩分级结果;总结了通常的围岩分级方法在深埋藏、高地应力隧道中的适宜性,及其产生偏差的原因,并结合其它学者的研究成果,对围岩分级方法进行了分析探讨.     

考虑衬砌腐蚀的隧道围岩分级修正分析

文章以石膏质岩隧道为例,基于混凝土衬砌的腐蚀劣化状态形式,将腐蚀厚度作为量化腐蚀程度的参数指标,结合有限元数值模型分析了不同埋深、不同腐蚀时间条件下混凝土衬砌的受力变化规律,提出了考虑石膏质岩腐蚀性的隧道围岩分级修正方法,旨在提高隧道衬砌结构耐久性。同时,结合工程案例,验证了考虑石膏质岩腐蚀性的隧道围岩分级修正方法的合理性。结果表明：腐蚀状态下,衬砌压应力的增速在腐蚀前10年较大,增量达到总增量的68.2%;腐蚀时间为10～100年时,压应力增长速率较慢;Ⅳ、Ⅴ级围岩的修正系数取值范围分别为0.91和0.87。     

Hoek-Brown强度准则研究进展及岩体力学参数取值

岩体力学参数取值是工程建设过程中的关键环节之一,取值方法及结果的合理性对围岩稳定性研究及支护设计至关重要。文章以Hoek-Brown强度准则为基础,系统性地讨论了该方法和取值结果的基本特点,及其与规程规范经验取值方法的差异和根源。概括地,基于Hoek-Brown强度准则的岩体力学参数取值方法综合考察了岩性、围岩质量、围岩应力这三个关键性地质因素的影响,与规范方法相比,更为全面地考虑了地质因素的多样性及其导致力学参数取值的差异性。深埋岩体工程实践表明,这一取值方法比传统M-C强度理论和建立在该理论基础上的规范取值方法相对合理。     

尼泊尔喜马拉雅地区塔玛科什3级水电工程——穿越软弱构造片岩修建隧洞所面临的挑战

由于尼泊尔喜马拉雅地区岩石强度较低,水平应力较高,因此在该软弱构造片岩带中开挖隧洞具有较大的挑战性.文章主要阐述装机容量为650 kW的塔玛科什3级水电工程17km长大跨度隧洞和大型地下发电厂房(这两项工程计划穿越夹杂有软弱构造片岩带的坚硬眼球状片麻岩区域)所面临的重大技术挑战.穿过片岩带开挖的隧洞长度约占总长的15％,由于此岩层带岩石强度较低,具有剪切特性和渗流现象,且水平应力较高,围岩挤压和隧洞塌方都是可预期的问题,因此该工程地下开挖主要关注的问题是大尺寸隧洞的可施工性和工期.为了解决可预期问题,进行了更进一步的研究,主要集中在隧洞最大可建尺寸、方位、减少围岩挤压的开挖方法,以及地下发电厂房稳定性和合理岩石支护设计上.研究发现,在构造片岩带中可施工的全断面隧洞最大尺寸可达9m,为改进的马蹄形(有弧形仰拱).通过对隧洞三种不同方位方案(即正交、斜交、平行)的分析发现,与叶理面正交的方案最佳,可减少围岩挤压近50％.     

加锚云母片岩隧道围岩失效特征及力学效应

在深埋云母片岩地层中,隧道的锚杆支护结构常发生失效,进而引发围岩大变形问题,威胁隧道施工安全和结构的可靠度。文章采用现场试验及数值计算相结合的手段,分析了云母片岩地层隧道围岩的应力应变特征和松动圈形态,研究了片岩地层中锚-岩复合体的应力关系和失效特征,可为云母片岩及层状各向异性岩体地层隧道支护方案设计、围岩变形控制及减灾避灾提供参考。     

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。     

Q值与围岩力学参数的相关性分析与工程应用

为了验证Q系统围岩分级及支护设计方法在大型地下洞室的适用性,文章依托锦州大型地下储油洞库工程,基于现场Q值统计数据与地质素描成果,并结合Q值相关的经验公式,建立了Q值与RMR值、BQ值的数学函数关系,得到了Q值与围岩主要力学参数的相关性,并提出了现场Q值快速获取的方法。研究结果表明,Q值与RMR值成对数函数关系,相关系数高达0.99,两种方法得到的围岩分级基本相同;Q值与BQ值成线性函数关系,相关系数高达0.92;在Q值及RMR值较小时,由BQ法得到的围岩分级与上述两者基本相同,但当Q值及RMR值较大,由此得到的围岩级别较高时,由BQ值得到的围岩级别大约相差一个级别。文章建立了Q值相关常用数据定量表,在无法取得现场实测值的情况下,可通过查表得到相对较为准确的参数值。     

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。     

基于Q系统的地下洞库中台阶最佳开挖高度研究

为了确定基于Q系统的洞库中台阶最佳开挖高度,文章依托锦州大型地下储油洞库工程,首先根据现场的Q值、RMR值和BQ值统计资料,比较了Q值法与其它围岩分级方法,建立了Q值与RMR值、BQ值的数学函数关系。然后采用数值模拟和现场监测方法,分析不同围岩条件下不同台阶高度对洞室变形和应力的影响及其最大值分布区域。研究结果表明,中台阶开挖高度相同时,随着Q值的减小,竖向位移和水平位移值越来越大;同一Q值范围条件下,中台阶的开挖高度对竖向位移和水平位移的影响较小,不起主导作用;不同Q值范围下中台阶开挖高度不同,对最大水平应力及竖向应力的最大值及其发生的位置影响显著。最后根据最大应力值及其位置提出了中台阶合理高度范围。     

兰渝铁路高地应力软岩隧道挤压大变形规律及分级标准研究

软岩隧道在高地应力作用下产生挤压大变形是必然现象。为有效控制挤压大变形,文章结合兰渝铁路软岩隧道工程特性,基于均质地层圆形洞室弹塑性位移解析解和我国现行规范围岩参数,研究了软岩隧道挤压大变形的规律,并提出了大变形分级标准及相应防治措施。在Hoek提出的无支护条件下围岩挤压程度分级标准基础上,以兰渝铁路软岩隧道为工程背景,考虑支护抗力作用,提出了在设计阶段以相对变形和岩体强度应力比为分级指标,将挤压大变形分为三个等级,根据岩体强度应力比进行大变形预测;在施工阶段以变形量和变形速率为分级指标,提出了三级验证标准和变形管理基准以及设计和施工阶段相应防治措施。通过实践验证,隧道大变形得以控制。