水压致裂地应力测试法在茅坪隧道中的应用与研究

高地应力以及由此诱发的地质灾害(如岩爆等)是目前隧道施工中经常遇到的工程地质问题,地应力测试则是进行隧道岩爆及其他灾害预测预报的重要内容.本文通过对福建省闽北地区公路隧道-茅坪隧道钻孔XS10的水压致裂地应力测试成果的分析研究,对测试区域的地应力水平及隧道围岩稳定性做出了评价,从而为该地区隧道的地应力参数及岩爆分析评价...     

套孔应力解除法在大峡谷隧道出口端的应用

在高地应力环境下的深埋硬岩隧道中施工常常面临着岩爆等问题,严重影响人员安全和施工进度。本文依托大峡谷公路隧道工程,借助以应力解除法为原理制作的空心包体地应力计在隧道出口端K83+900处进行现场地应力测试,通过钻大孔-孔底磨平-钻小孔-安装空心包体应力计-应力解除等工序获得原岩受扰动到再平衡过程产生的应变,同时将取出的岩芯制备成标准试件进行单轴压缩等室内试验获得原岩力学参数,将这些数据带入后处理软件中计算得出原岩应力大小和方向。根据《工程岩体分级标准》（GB50218—2014）可知测点处应力环境处于高应力状态,说明隧道在开挖施工过程中会偶有岩爆发生,同时本文结尾给出了防治岩爆安全快速施工的相关建议。     

西藏扎墨公路嘎隆拉隧道地应力测试分析

为了确定两藏扎墨公路嘎隆拉隧道围岩应力状态,作者利用水压致裂法在隧道进出口部位进行了地应力测量,并通过有限元回归分析,预测了整条隧道岩体应力分布;最后从地应力角度,分析和预测了隧道沿线的岩爆情况.     

五女峰隧道隧址区地应力场反演与岩爆风险分析

隧址区地应力分布规律研究是确定隧道围岩岩性、工程设计和施工方案决策的重要前提。文章基于最小二乘法的多元回归方法对五女峰隧道初始地应力场进行了反演分析,得到了相应的回归系数。对比反演得到的应力值与实测值发现差异较小,反演结果满足工程应用要求。同时基于反演分析结果,给出了五女峰隧道岩爆风险等级分区图,隧道洞身区域处于高应力区域,施工过程可能存在岩爆风险,应加强监测并做好应急防治预案。     

基于AHP-FUZZY法与现场试验的隧道岩爆倾向性研究

文章介绍了层次分析与模糊数学法的基本原理,将隧道发生岩爆的影响因素层次归类为6种倾向性因素(C1~C6)。在层次分析-模糊数学(AHP-FUZZY)相结合的基础上,将计算结果运用于沪昆高速铁路明山隧道岩爆倾向性分析。为验证层次分析-模糊数学法预测岩爆的准确性,选取了明山隧道典型区段进行现场地应力测试,在测试数据的基础上对岩爆进行了计算分析,计算结果与AHP-FUZZY法预测结果一致。最后,跟踪记录了隧道实际施工过程中的岩爆发生情况,实际记录结果与AHP-FUZZY法及现场地应力测试计算结果相吻合,其反映了AHP-FUZZY法用于岩爆倾向性评判的有效性。     

虚拟支撑力法数值模拟技术的应用

文章结合湖南雪峰山特长公路隧道的工程实践,根据隧道开挖过程中地应力随施工工序逐步释放的真实过程,基于有限元计算程序,运用“施加虚拟支撑力法”进行适当的开发,对隧道开挖过程进行数值模拟研究,获得了对隧道围岩应力形变场一种快捷准确的认识思路,不仅能更好的符合工程实际,也为隧道开挖过程的数值模拟研究提供了一种思路和方法。     

围岩应力释放率对双联拱隧道施工影响研究

在进行隧道施工过程数值模拟计算中,围岩压力的释放率是一个很难准确给定的参数,但其对隧道围岩的稳定性却有着极其重要的影响.通过对Ⅱ类围岩双联拱隧道不同施工环节围岩压力释放率的研究,围岩应力释放率对围岩的应力影响不明显,但位移随应力释放率的增加而增大.初期支护对地应力的瞬间释放率比较敏感,特别是锚杆应力变化较大.中隔墙对地应力的瞬间释放率敏感程度较小,且最终应力随应力释放率的增加而略有降低.     

高地应力水平层状硬岩隧道岩爆分级与防控技术研究

本文依托乐汉高速大峡谷隧道,总结分析了高地应力水平层岩爆的特征并提出了岩爆分级标准。在岩爆分级的基础上,提出了针对不同岩爆等级的处置措施。现场实践结果表明,对于弱岩爆可以采用全断面法开挖,降低扰动次数。对于中～强岩爆段,宜采取短进尺分部开挖,降低爆破对围岩的一次性扰动,同时采取应力释放孔、应力解除爆破孔等辅助措施提前释放围岩应力。     

断层影响带地应力特征及稳定性验证

为研究分析福建某隧道两断层影响带的地应力场特征,在其隧道中部断层影响带附近两钻孔中采用水压致裂法进行了地应力测试.测试结果表明:断层影响带测试区地应力符合一般地应力分布规律,水平主应力随深度增加有增大趋势,局部裂隙导致部分测点应力值偏高或偏低;两测孔最大水平主应力方向一致,均为NNW向.该测试结果与区域构造应力场基本吻合,也接近于同区域围岩完整区地应力测试成果.文章根据该测试成果分析了该测试区的地应力特征,并采用滑动准则下限验证了两测孔所在的断层的稳定性.     

基于复变函数理论的深埋隧道岩爆特性分析研究

岩爆的准确预测对隧道的安全、快速施工具有重要的意义。文章针对隧道岩爆特征,借助共形映射函数,以无限单连通域的Laurent级数表示的映射函数为基础,应用Muskhelishvili提出的复变函数解法得出侧压力作用下圆形断面的应力统一解;选择合适的岩爆判据,得出岩爆综合评定等级,并将解析计算的结果与数值模拟计算得出的岩爆结果及实际岩爆情况进行对比分析。结果表明:隧道围岩的不同部位出现不同程度的应力集中,开挖后的最大压应力主要位于拱顶处;深埋隧道段围岩开挖后,受构造应力影响的结构面应力会出现突变及应力集中;解析计算结果与数值模拟和实际岩爆结果基本吻合,证明了借助复变函数分析岩爆预判的有效性,对施工有一定的指导作用。     

巴基斯坦某隧洞地应力状态及围岩大变形研究

如何利用有限的地应力资料对整个工程区地应力状态进行评估及预测一直是工程设计中的难点之一。文章利用水压致裂法对巴基斯坦某水电站的3个钻孔进行了地应力测量,通过测量获得了工程区地壳浅部现今地应力特征,并利用侧压系数变化规律对深部地应力值进行了预测。测试结果表明:在123~346 m测量深度范围内,地应力值一般随着深度的增大而升高,最大水平主应力量值为4.28~13.86 MPa,最小水平主应力量值为3.02~8.19MPa;在隧道埋深最大处,水平主应力则达到了40 MPa,表明工程区应力场以水平应力为主。利用强度应力比法和Hoek-Brown岩体强度估算方法对工程区应力状态进行了评价,研究表明工程区处于高地应力状态。测试结果说明最大水平主应力优势方向为NEE向,该方向与前人研究成果较为一致,工程区现今构造应力场与印度板块和欧亚板块相互碰撞有着密切关系。根据实测地应力测量结果及地应力预测结果,对水电站输水隧洞围岩大变形进行了探讨,结果表明:当埋深超过300 m时,围岩将发生大变形;当埋深超过800 m时,围岩将发生严重的挤压变形。     

高地应力隧道岩爆特征及综合施工控制技术

岩爆是指围岩在高地应力作用下,储藏在岩体内的应变能突然猛烈释放,导致岩石爆裂并弹射出来的一种现象,它是深埋高地应力隧道主要地质灾害之一。以福建漳州至永安联络线高速公路的官田隧道部分高地应力-极高地应力围岩段为工程依托,就岩爆施工监测、超前钻孔及超前支护、钻爆设计、开挖方法及安全防护等关键技术进行探讨,提出不同阶段不同程度岩爆应采取的综合技术及安全防护措施,也为今后类似工程提供有益参考。     

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。     

国道214线青海通天河隧道变形应力分析

针对工程施工中的隧道地应力的力学进行了探究和分析,并探讨了隧道应力造成围岩变形的机理,对由于高地应力使隧道在施工过程中出现较大的变形现象进行了详细分析。介绍了隧道大变形形成原理,对地形突变点及特殊层面进行详细的研究,确定了大变形地段可靠、操作性强的支护办法。以共玉二级公路通天河隧道为例,详细的介绍了应对隧道地应力特点的有效的施工措施和技术对策等,可确保隧道施工的安全性。通天河隧道地应力的施工实践给隧道高地应力区域的施工了有意义和有价值的技术经验,可供类似的隧道工程借鉴。     

基于原岩应力的关角隧道变形潜势研究

针对新关角隧道二郎洞断层束地段在高地应力条件下的围岩变形问题,基于原岩地应力测试的地应力场拓展结果及其它主要影响因素,文章提出了围岩变形潜势的概念及其等级划分的标准,通过样本统计并采用神经网络算法获得了关角隧道的变形潜势分布图。结果表明,关角隧道岭脊段、高和极高地应力段、宽大断层以及断层束地段具有Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级大变形潜势,仅有部分地段属于常规变形潜势,凸显出关角隧道在复杂的软弱地层条件和极高地应力状态共同条件下具有显著的大变形潜势。通过较准确地判定关角隧道各段的变形潜势,经修正、优化设计和施工措施后,大部分监测结果被控制在常规变形范围内,其余均被控制在Ⅰ级大变形范围内,效果较好。该研究成果为解决类似条件下的围岩大变形问题提供了一种准确、实用的预测与控制方法。     

桃园至巴中高速公路八庙隧道非常规岩爆段病害处治与设计反思

桃巴高速公路八庙隧道局部段落最大埋深312 m,围岩产状为近水平地层的砂泥岩互层,隧道施工过程中发生非常规岩爆现象,运营后发生非常规岩爆现象的段落出现了一系列病害。文章通过对现象与数据的分析,结合隧道专项检查结果归纳总结了病害原因;基于施工期间现场地应力测试结果,假定已经发生严重开裂的二次衬砌处于破坏临界状态,从而反推得出结构所承担的荷载。文章推导了混凝土结构增设套衬后的结构安全系数计算公式,得出隧道增设套衬后安全系数与套衬厚度的关系。     

裂纹位置与深度对围岩岩体稳定性的影响分析

在隧道掘进过程中,天然地应力的平衡状态将会受到破坏并进行应力重分布,在构造应力场或自重应力场作用下将会引发裂纹的起裂、扩展和贯通,从而导致隧道的失稳坍塌。文章采用数值模拟和室内模型试验方法对比分析了裂纹位置、长度、深度等因素对马蹄形断面隧道围岩结构稳定性的影响。其中,数值模拟分析了隧道围岩的破坏形式及对裂纹尖端应力强度因子的计算,隧道模型试验研究了裂纹对隧道模型抗压强度的影响。结果表明:(1)数值模拟结果与模型试验结果较为吻合;(2)裂纹位于马蹄形隧道的拐角处或裂纹倾角为45°时,对隧道的稳定性削弱作用最大;(3)隧道围岩内裂纹的长度越长,隧道模型的抗压强度越小;(4)裂纹长度达到一定程度时,裂纹深度对隧道的危害性作用基本呈线性增加的趋势;(5)裂纹缺陷对隧道围岩应力重分布及破坏形式有较大的影响。     

套孔应力解除法在老营盘隧道洞身段的应用

依托老营盘隧道工程,本文采用应力解除法对隧道洞身段Z1K17?+?880处进行现场地应力测试。由测孔内的原岩应变,利用岩石的本构关系来间接计算原岩应力,同时将取出的岩芯制成标准试件,进行室内试验以获取原岩的力学参数。计算结果表明,最大主应力大小为27.44MPa,倾角-16.56°,方位角192.60°,测点岩石抗压强度与隧道洞身最大主应力之比为0.24。测试结果表明隧道测点处属于极高地应力状态,隧道在施工过程中可能会出现软岩大变形。     

福建梅花山隧道岩爆机理的数值模拟分析研究

受隧道分步施工开挖顺序的影响,隧道围岩内将会产生应力应变的非线性变化,在高地应力区域这种力学效应将更加明显,并会引起岩爆、片帮等严重地质灾害。文章结合福建梅花山铁路隧道工程实例,利用3D-Sigma软件建立三维隧道开挖数值模型,以实测应力数据为边界条件并利用Hoek-Brown强度准则估算确定岩体的输入参数,分析了开挖过程中开挖步骤的相互影响,以及隧道的三维时空应力场的变化规律。结果表明,隧道在高地应力作用下,拱顶形成压应力集中,拱肩位置形成了剪应力集中,这些应力集中导致洞壁围岩发生脆性破坏,并且后续的开挖作业会影响先前开挖成型的洞段,导致应力集中作用更为明显,加重围岩的破坏;工程实践中实际发生岩爆的位置与数值模拟结果中显示的最大压应力和最大剪应力集中位置对应良好,证明数值模拟结果能很好地揭示该隧道岩爆发生的孕育机理和规律性。     

软岩大跨径浅埋隧道工法对比研究

文章以广西某高速公路软弱围岩下浅埋大断面隧道为研究背景,采用MIDAS GTS-NX建立三维模型,动态模拟分析在新意法和新奥法(以双侧壁导坑法为例)两种施工方法指导下,隧道围岩的应力、变形及结构受力情况,研究这两类施工理念在软弱围岩环境下对隧道施工全过程稳定性的影响,并得出以下结论:(1)软岩环境下,隧道掌子面中部容易失稳,对超前核心土加固后能显著提高超前核心土的承载能力,有效控制掌子面挤出变形,保障施工安全;(2)新意法开挖机械化程度提高,能加快施工进度,节约施工成本;(3)新意法减少了对隧道围岩的扰动次数,能更加有效地利用围岩的自稳能力。