顺层路堑岩体结构面剪切试验研究和边坡设计优化

为确定岩体结构面抗剪强度参数,开展了砂岩、砂岩夹泥岩、泥岩、页岩在天然状态及饱和状态下的原位抗剪试验。根据试验设计参数对全线顺层路基边坡进行了优化设计。结果表明:各岩层原位直剪试验的剪切应力和剪切位移的关系曲线具有明显的峰值强度,并出现较稳定的残余强度;结构面强度与试样、颗粒大小、岩质胶结程度、密实程度等因素有关,且在饱和状态下抗剪强度参数较天然状态下低。经设计优化后,节省了建设成本。     

基于Hoek-Brown方程的边坡光面爆破参数设计方法

针对目前边坡光面爆破参数设计中经验方法未能反映边坡岩体强度特性的问题,引入岩石点荷载强度试验指标,并基于Hoek-Brown的岩体强度经验方程,得到岩体单轴抗压和抗拉强度的计算公式;进而推导岩体边坡光面爆破钻孔的孔间距、光面爆破钻孔距主爆孔孔底的垂直距离(最小抵抗线)、钻孔装药不耦合系数和钻孔线装药密度的计算公式。在肯尼亚的内罗毕至马拉巴新建标轨铁路工程中,应用这些计算公式进行岩体路堑边坡光面爆破参数的设计,工程的实施结果表明:强风化和弱风化段岩体边坡炮眼痕迹率分别约为56%和85%,坡面超欠挖量最大值约为16cm,整个开挖轮廓线型流畅,爆破效果十分理想,验证了这些计算公式的正确性。     

Hoek-Brown分析法在软岩边坡岩体力学参数选取中的应用研究

岩土体力学参数取值是边坡稳定性分析的重点之一,参数取值的合理与否直接决定了边坡工程的安全及设计方案是否经济;如何在特殊工况条件下相对合理地对岩土体力学参数进行估值至关重要,参数取值仍需结合室内试验、原位测试实验数据及临近既有工程参数取值进行对比分析。研究表明:Hoek-Brown准则对节理裂隙发育—很发育的破碎岩体及软岩边坡工程具有较强的适用性,该研究结论适用于自然环境恶劣(如高寒地带)导致难以采用综合勘察手段而又缺乏试验数据的特殊工况。     

复杂条件下海底隧道全断面帷幕注浆技术研究

厦门翔安海底隧道是我国大陆地区第一座海底隧道。隧道所处地段地质条件复杂,海域地段存在多处风化深槽,岩体主要为全强风化花岗岩,岩体强度低、自稳能力差,安全穿越风化槽是隧道施工的难点。结合实际施工情况对全断面帷幕注浆技术进行阐述。     

强风化花岗岩抗剪强度参数的模糊决策取值

本文介绍的模糊决策方法是在室内直剪试验、现场水平推挤试验和该岩体抗剪强度参数数据库的基础上,对各种方法的准确性进行评判,进而对强风化花岗岩边坡的岩体抗剪参数进行合理取值.通过较多的方法来获得原始的试验数据,并且对这些数据进行合理的模糊决策取值,较以往采用单一试验或者工程类比方法更加精确合理.     

综合勘探确定破碎岩体工程性能

通过在钻孔中进行声波测试、孔内全景数字摄像、孔内弹模测试等方法,可以精确划分岩体的破碎程度,更直观地观察岩体在无扰动状态下的裂隙发育情况,得到岩体地下三维无扰动状态下的强度指标,有效弥补单一钻探手段在破碎岩体勘察中的不足,准确确定岩体的工程性能。     

水-岩化学作用对岩土工程稳定性评价方法

研究目的:岩土工程与所处的地质环境之间存在着密切的依存关系和相互作用。作为地质环境中最活跃因素之一的地下水,不仅可以通过力学作用影响岩土工程稳定性,还可以通过不断改变岩土体矿物成分、结构等水-岩化学作用弱化岩土体强度和刚度参数,改变岩土体的渗透特性、渗流形态和应力状态,进而影响岩土工程长期稳定性。基于此,本文以重庆砂岩为例,开展水-岩化学作用对岩土工程长期稳定性影响及其评价方法研究。研究结论:(1)提出采用离子活度积与平衡常数比值作为岩石水化学损伤判据;(2)采用化学动力学方法建立了岩石水化学损伤动态演化数学模型,分析了水溶液酸碱度、离子种类与离子浓度对砂岩损伤演化的影响效应及规律;(3)建立了岩石M-H-C耦合本构模型;(4)建立了岩石M-H-C耦合数值模拟方法,并对某一受水-岩化学作用影响的隧道长期稳定性进行了预测评估;(5)本研究结果可为受水-岩化学作用影响的岩土工程长期稳定性评价提供参考。     

原位测试在地铁勘察岩土参数求取中的应用

以太原地铁2号线为例,运用标准贯入、静力触探、旁压、扁铲侧胀、十字板剪切等多种原位测试方法,求取岩土体的静止侧压力系数、基床系数、地基土承载力、变形模量等岩土力学参数,结合室内试验成果及规范和经验值,综合确定岩土参数建议值。     

隧道工程岩体完整性新的评价参数及方法

研究目的:隧道围岩分级是隧道勘察设计中的重要参数,以往工作中主要通过地质调查法、钻探法、物探方法定性判识隧道岩体完整程度,物探法主要以弹性波速度作为岩体完整性评价的参数,但针对深埋隧道,由于埋深大,难以直接从地表获得隧道洞身岩体的波速值,使得围岩等级的划分缺少依据。本文建立层状岩体模型,通过研究分析岩体几何参数与电性参数的相关关系,拟提出一种新的围岩完整性评价参数及方法。研究结论:(1)基于层状岩体模型电阻率计算公式,推导出岩体几何参数与电性参数的相关关系,提出了一种新的表征岩体完整性的参数——岩体完整性系数Kr;(2)Kr表征完整岩石在单位岩体中所占的比例,Kr值越大,岩体越完整;(3)通过钻孔综合测井试验,论证Kr可以作为评价岩体完整程度的量化指标,初步统计得出Kr与岩体完整程度量化关系表;(4)Kr评价岩体完整性方法可用于铁路隧道勘察设计阶段,也可用于其他地下工程勘察设计阶段。     

广义HOEK-BROWN经验准则在边坡岩体力学参数估计的应用研究

岩体因结构面切割作用而具有非均质、各向异性和不连续性的特性,这使得岩体强度与普通均质材料强度有所区别。工程实践中,岩体力学参数只能通过原位试验或经验公式进行估计。原位试验费钱费力且部分地区无法进行试验,因此通过经验公式获取岩体力学参数是很好的选择。广义Hoek-Brown强度准则考虑岩体结构、岩块强度、岩体扰动等多方面因素,能够很好反映岩体非线性破坏特征,利用该准则可对边坡岩体力学参数进行估计。通过量化GSI的广义Hoek-Brown强度准则估算吉尔木隧道出口边坡岩体力学参数,结果表明:该方法估计获得的参数是合理的。通过计算表明边坡主体部分岩体单轴抗压强度为1.5 MPa,变形模量为4 GPa,抗剪强度指标C=0.6 MPa,φ=32°。广义Hoek-Brown强度准则在高陡边坡岩体参数的估计中能更加方便、及时、准确地反映岩体的实际情况,在工程实践中具有很好可操作性。     

九岭山特长隧道进口段长管棚预加固施工技术

九岭山隧道进口段由松散土层和Pt2sh1全强风化带组成,附近存在一构造破碎带,岩土稳定性差,加上地形坡度大,洞口施工需进行预加固处理.经过技术经济分析,决定采用一次支护长度大、可以减少支护次数、缩短施工时间的长管棚支护为主的加固方案.对长管棚支护参数、注浆参数、施工工艺进行了详细介绍.实践证明长管棚超前加固处理九岭山特长隧道进口段,对于工程安全、质量、进度都起到了保证作用.     

大跨悬索桥隧道锚设计及试验研究

研究目的:本文以油溪长江大桥主跨760 m悬索桥的隧道锚为例，分别采用理论计算、数值模拟及原位试验，对隧道锚的受力机理、破坏形态进行研究，并介绍试验方法及流程，详细分析试验结果，以期为设计优化提供依据。研究结论:(1)理论公式计算的隧道锚安全系数偏保守，主要原因是公式忽略了围岩和锚塞体相互作用的有利因素，且一般地勘报告提供的岩土参数也偏保守，与原位岩土试验参数有一定差距；(2)数值模拟也受围岩参数取值影响较大，与试验结果误差较大，但可作为前期设计参考；(3)根据缩尺模型试验，油溪长江大桥原设计40 m长锚塞体，峰值强度为18P,屈服强度为11P,比例极限强度为4P,富余较大，可适当缩减尺寸进行优化；(4)本研究成果可为大跨悬索桥隧道锚设计及试验提供借鉴和参考。     

吉尔木隧道出口边坡赤平投影稳定性分析

研究目的:赤平投影可通过空间投影关系直观反映不同结构面的空间组合关系,适用岩质边坡稳定性定性评价。块体理论可对不同破坏类型的结构体稳定性进行定量计算。本文将基于吉尔木隧道出口边坡的现场调查,分析该边坡岩体结构类型和基本破坏模式,并利用Barton模型估计岩体结构面强度参数。在此基础上,结合赤平投影理论和块体理论分析该边坡潜在失稳岩体的结构面组合关系,并确定各模式块体的稳定性系数,以期为边坡防护设计提供一定的指导。研究结论:(1)通过Barton模型计算结构面的力学指标表明:在法向应力为2 MPa时,结构面的内聚力C=0. 12 MPa,内摩擦角φ=34°～36°;(2)隧道出口边坡岩体主要破坏模式有倾倒式破坏、楔形体滑动破坏和平面滑动破坏,其中倾倒式破坏主要受直立卸荷裂隙控制;平面滑动破坏主要为沿与坡面近平行的长大卸荷裂隙滑动和沿岩层层面滑动;楔形体破坏主要受到了岩层层面、近直立卸荷裂隙和密集节理面的共同控制;(3)赤平投影分析表明:边坡岩体沿单滑面破坏的块体1和块体2以及沿双滑面交线破坏的块体12是不稳定的,其中块体2的稳定性最差;(4) Barton模型、赤平投影及块体理论相结合的岩质边坡稳定性分析方法具有准确和快捷的优点,该方法在高陡岩质边坡分析中具有良好的应用前景。     

铁路隧道底鼓段围岩蠕变参数反演方法研究

研究目的:某铁路隧道底部粉砂质泥岩蠕变导致仰拱结构持续底鼓,致使列车降速行驶,对铁路运行造成安全隐患。为较准确获取仰拱底鼓区粉砂质泥岩的蠕变参数,本文基于某隧道仰拱5年多的底鼓变形实际监测数据,建立室内岩石剪切蠕变试验与深度学习(GRNN)相融合的岩体蠕变参数确定方法,并对隧道仰拱蠕变变形进行长期预测。研究结论:(1)铁路隧道底鼓段粉砂质泥岩具有明显蠕变特性,该特性对隧道仰拱持续底鼓变形影响较大;(2)提出了基于深度学习的隧道底鼓段围岩蠕变参数反演方法,该方法结合底鼓段长期监测变形数据,能够有效获取隧底岩体蠕变参数,解决隧道围岩蠕变参数难以确定的难题;(3)反演得到的隧底岩体蠕变参数相应的底鼓变形值与实测值拟合度较高,验证了该方法的合理性;(4)本研究成果可为隧道围岩蠕变参数确定、仰拱蠕变变形预测和底鼓治理提供理论依据。     

挤压性围岩隧道变形潜势的判定

研究目的:挤压性围岩隧道的工程难点主要是变形潜势的判定,以往主要利用岩石(岩体)的强度应力比来评价围岩的变形潜势,理论上概念明确,但在挤压影响严重段,围岩地应力和岩体强度很难实测,且受构造作用影响,岩体的强度时高时低、变化频繁,具有很大的不确定性,现场难以据此进行变形潜势判定。因此,有必要进一步研究变形潜势的判定方法,便于施工现场操作。研究结论:(1)勘察阶段可按岩石单轴抗压强度和最大初始地应力值之比对挤压性围岩变形潜势进行宏观预判;(2)设计阶段可按岩石(岩体)的强度应力比来评价围岩的变形潜势,划分变形等级,进行预设计;(3)施工阶段可按围岩完整程度和开挖后变形速率对变形潜势进一步进行判定;(4)变形速率可作为主要评价指标,对支护参数与围岩的适应性进行评价,动态调整支护参数;(5)本研究结论可为铁路挤压性围岩隧道的设计与施工提供思路和方法。     

横向荷载作用下锚索变形及受力机理研究

研究目的:随着西部地区高速铁路的快速发展,由于受到地形和线型的制约,不可避免地遇到大量的边坡锚索加固工程。由于锚索穿越边坡滑移面时锚固段的受力情况较为复杂,还需进一步完善。本文基于Pasternak双参数地基理论,考虑岩土体之间的相互剪切作用,建立横向荷载作用下锚固段的力学模型,并以某黄土边坡锚索加固工程为算例,分析不同参数下锚固段的变形规律和受力特征。研究结论:(1)给出了锚索锚固段穿越滑移面时锚索变形、弯矩、剪力及岩土体反力计算公式,给出了土体松动区范围的计算方法;(2)分析表明,剪切荷载和抗弯刚度对锚索的变形和受力影响较大,锚索变形和受力主要集中在滑移面附近;(3)在抗弯刚度达到一定值后,剪切位移、土体反力分别与抗弯刚度呈线性减小,锚索的剪切位移随剪切荷载呈线性增加;(4)该研究结果可为高速铁路边坡锚索加固工程的设计和施工提供借鉴。     

山区铁路隧道超长定向钻探关键技术研究

研究目的:山区铁路地形地质条件极为复杂多变,工程地质问题突出且隐蔽性强,加之交通不便,人迹罕至,陡倾岩层分布范围广,生态环境脆弱,环境保护要求高,钻探是最直接、最准确、最有效的隧道工程勘察方法,传统的铁路隧道竖向钻探实施困难,导致隧道长大段落勘探资料空白,严重制约勘察设计工作,亟待开展铁路隧道超长定向钻探技术,特别是超千米水平孔绳索取心定向钻探关键技术研究。研究结论:(1)超长水平孔绳索取心定向钻探是一种不提升钻杆柱而由钻杆内捞取岩心的先进钻进方法,是复杂艰险山区长大深埋铁路隧道勘察的关键技术;(2)通过开展定向钻探方法与技术、装备及器具、绿色工程材料研究,构建了铁路隧道超长水平孔绳索取心定向钻探技术体系;(3)建立了铁路隧道超长水平孔绳索取心定向钻探方法及流程,创造了中国铁路勘察史上最长水平孔钻探纪录1 888.88 m;(4)本文研究的超长水平孔绳索取心定向钻探技术在新时代“西部大开发”、“交通强国”战略、“一带一路”建设中具有广阔的应用前景。     

锚注技术在边坡岩体加固中的应用

结合某高速公路边坡岩体加固工程 ,介绍锚注技术的应用 ,即在一定的压力作用下 ,将水泥浆压入边坡岩体的节理裂隙中 ,通过水泥浆在节理裂隙中的充填作用或与介质充填物的结合作用 ,使岩层中薄弱结构面的强度和破碎岩块的稳定性得到提高。     

铁路路堑边坡弱扰动爆破开挖技术

完整、硬质岩体的路堑边坡开挖应采用光面或预裂爆破技术,破碎、软质岩体边坡开挖宜采用直立炮孔和孔底缓冲爆破技术。这两种爆破技术对坡内岩体的扰动和损伤破坏最轻,对提高铁路路堑边坡的质量和稳定性具有重要的意义。通过大量的工程实践总结,采用经验取值法或经验公式确定钻孔间距、钻孔直径、线装药量、钻孔超深、缓冲垫层高度等预裂爆破装药参数,可以取得满意的爆破效果。     

数字全景钻孔摄像技术在铁路工程地质勘察中的应用

介绍数字全景钻孔摄像技术在铁路工程地质勘察中应用的基本原理和分析方法,举例说明如何利用数字钻孔摄像得到的孔壁图像资料描述和分析岩层、地下水、节理裂隙、纹理、构造破碎带等地质现象.得到结论:钻探取样和数字钻孔摄像具有良好的互补性,对其结果的综合解译有利于对地层岩性做出更为准确客观的评价.