圆梁山隧道毛坝向斜深埋大型充填溶洞及其形成机制分析

研究目的:圆梁山隧道施工开挖揭示,毛坝碳酸盐岩向斜核部和东翼在隧道洞身附近发育3个罕见的大型深埋充填溶洞,其中2#溶洞多次发生涌砂突水灾害,3#溶洞还发生过粘性土爆喷型突出灾害;通过对3个溶洞发育充填的基本特征及灾害特征的综合分析研究,阐明3个溶洞的形成机制,为整治设计提供地质依据。研究方法:采用地表与隧道洞内超前物探、洞内超前水平与斜向钻探、充填物测试和理论分析等方法。研究结果:通过综合勘探和理论分析,查明了3个溶洞各自发育充填的基本特征及灾害特征,初步阐明了溶洞的形成机制,目前3个溶洞已完成整治。研究结论:初步综合分析认为,毛坝向斜、特别是核部与东翼的层间滑脱和纵向张裂隙被NW~NWW向横张断裂所交切,为岩溶水的深循环提供了较通畅的原始空间与通道,岩溶水在此通道中形成倒虹吸循环,长期溶蚀及溶蚀裂隙流转化为管道流,强烈冲刷与顶板坍塌导致核部与东翼的层间滑脱和纵张裂隙部位发展为大型溶洞,后因深部径流条件改变而被逐渐充填,发育形成现今这种罕见的深埋大型充填溶洞。     

华北丘陵区某隧道岩溶发育特征及处理措施研究

以华北丘陵区某岩溶隧道为例,为探明该隧道岩溶发育规律及成因,并据此提出具体的施工处治措施。对该隧道工程地质及水文地质特征进行综合分析,并在勘测及施工期间进行地质测绘、超前地质预报及地质雷达等一系列工程地质和物探工作。结论:该隧道岩溶为地下水沿裂隙溶蚀形成的竖向为主、弱发育、裂隙型无充填物岩溶;探地雷达及超前水平钻相结合的超前预报对隧道岩溶探测效果良好有效;采用"超前预报、注浆固结、超前支护、堵排结合、加强监测"等手段,对不同位置不同类型的溶腔进行针对性处理,现场显示处治措施效果良好。     

隧洞岩爆应变能释放机理研究

为进一步认识隧洞岩爆应变能释放机理,获得岩爆过程完整演化图像,定义弹脆性细观损伤模型和刚度退化迭代算法,并将其嵌入有限元程序模拟一个深埋隧洞岩爆发生过程。结果表明:岩爆发生过程为首先在洞壁母岩中形成"V"形剪切滑移带,并从中分划出楔形岩爆体;随后岩爆孕育进入临界状态;最终楔形体挤压破坏,导致卸荷释放应变能。岩爆孕育、演化发生包含丰富细观力学机制:岩爆区的分划机制——剪切滑移;滑移带中的细观力学机制——张拉破坏;岩爆的临界状态——楔形体的极限平衡;岩爆能量释放——楔形体裂隙带卸荷。楔形体位移监测表明:岩爆发生时,楔形体经历弹性外鼓、卸荷回弹及片状抛出3个阶段,片状爆裂发生在卸荷回弹阶段。     

岩溶路基注浆效果透水率检测标准试验研究

研究目的:透水率检测标准制约着岩溶路基注浆效果的有效评价。通过模型试验和理论分析,研究影响透水率检测标准应用的两个关键性基础问题:一是是否存在一个不产生潜蚀塌陷的界限裂隙;二是如果存在这个界限裂隙,那么界限裂隙的透水率特征值是多少。研究结论:临界裂隙开度是覆盖型潜蚀塌陷的关键控制因素,受覆盖层土质、密实度、临界水力梯度等因素的影响,覆盖型岩溶路基塌陷的临界裂隙开度约为2～4 mm;对溶蚀裂隙发育的可溶岩地基,当裂隙宽度小于等于3 mm(或地基透水率小于等于47 Lu)时,在自然水降条件下,不具备岩溶潜蚀塌陷条件,因此,建议以47 Lu作为潜蚀塌陷临界透水率值,以此为岩溶地面塌陷防治注浆效果检测定量标准。     

瓦日铁路太行山隧道嶂石岩地貌区水文地质特征研究

瓦日铁路为我国首条30 t轴重的重载铁路,嶂石岩地貌为我国特有的砂岩地貌。以太行山隧道为工程背景,系统分析嶂石岩地貌水文地质特征,并尝试应用不同涌水量预测方法对比分析预测精度,得出嶂石岩地貌区水文地质具二元结构,Ω套谷、宽张裂隙发育,岩溶泉水二次入渗补给等特征;Ω沟口、地形陡峻带、宽张裂隙发育带富水;宽张裂隙不发育区采用补给区修正大气降水入渗法,Ω套谷、宽张裂隙发育区采用补给模数修正地下水动力学法对涌水量进行预测,可信度较高。研究所得结论对嶂石岩地貌区水文地质分析及隧道涌水量预测具一定的参考价值,可供同类工程借鉴。     

公路缓倾互层岩质边坡失稳数值模拟研究

本文在前人研究的基础上,论述缓倾软硬互层岩质边坡主要在自重、风化作用、溶蚀作用及软弱夹层软化作用下形成危岩体,危岩体主要受软弱基座和断续延伸的外倾结构面控制;斜坡受灰岩岩溶发育的影响较大,灰岩的力学强度呈现不同强度的降低,是崩塌的易发岩组;综合各个内在及外在因素采用工程地质过程机制分析法,得出该边坡危岩体破坏模式为倾倒式破坏;危岩体演化过程中斜坡岩体内部裂隙的发展方向是自下而上的,且随着变形的发展,在软弱夹层处出现向坡体外部的塑性变形。     

地震CT和管波在长昆线岩溶勘察中应用研究

我国可溶岩地区分布范围极广,溶蚀裂隙普遍发育,这对铁路建设中桩基础的安全危害极大。传统方法通过钻探来进行岩溶勘察,不仅工作量繁重、耗资巨大,且通常岩溶发育情况复杂、现场施工干扰极大,严重增加了岩溶勘察难度。针对诸多问题,采用地震CT与管波探测法综合勘察,结合钻孔资料,对两种方法的岩溶勘察差异情况进行研究,并以长昆线怀化南站岩溶勘察为例,详细介绍了地震CT法及管波探测法在井间岩溶勘察的应用效果。     

桥梁板式橡胶支座剪切破坏及摩擦滑移性能试验研究

为充分探明桥梁板式橡胶支座的极限剪切破坏状态及支座摩擦滑移特性,对板式橡胶支座开展循环往复荷载试验。分析单侧摩擦滑移和两端锚固的板式橡胶支座的抗震性能,并与铅芯橡胶支座进行对比,同时分析竖向荷载对板式橡胶支座摩擦滑移性能的影响。结果表明:(1)两端锚固的板式橡胶支座极限剪切变形可达300%～400%,破坏以橡胶层断裂为主,支座剪切耗能能力较弱,滞回曲线呈狭长带状分布;(2)单侧摩擦滑移的板式橡胶支座单循环最大耗能可以达到铅芯橡胶支座的126%,形成类似铅芯橡胶支座的耗能能力,且随着位移量的增加,不断消耗能量;在达到相同的等效剪切应变时,单侧摩擦滑移的板式橡胶支座的实际剪切变形量小于两端固定的支座,延性性能更为优越;(3)增大竖向压力将导致支座的剪切变形增大,支座滑移距离减小,支座的滑移摩擦系数与竖向压力呈反比例关系,而竖向压力对支座滑移后的等效刚度影响较小;(4)可采用能够考虑竖向压力和滑移摩擦系数的双线性弹塑性分析模型模拟板式橡胶支座在地震过程中的摩擦滑移。     

岩溶隧道地质雷达超前预报及典型图像分析

地质雷达因其探测快速等优点,在隧道超前地质预报中得到广泛应用。地质雷达能够对岩溶隧道施工过程中常见的溶蚀裂隙带、溶洞和富水岩溶管道等进行有效预报。本文简要阐述了地质雷达在超前地质预报过程中的注意事项,并结合几个典型实例,分析地质雷达图像中波形、振幅和频率等特征,探索了雷达图像与隧道岩溶地质现象的相关关系。研究结果表明,溶蚀裂隙带、溶洞和富水岩溶管道的雷达图像,在波形均一性、振幅和频率变化及信号能量衰减等方面表现出不同的特征,这为进一步地质解释提供了较可靠的参考依据。     

浅谈贵州喀斯特溶岩区隧道溶洞处理施工技术

溶洞为岩溶洞穴,是地表水和地下水对溶性岩层经过化学作用和机械破坏作用而形成的地下溶蚀现象。岩溶对隧道的影响主要表现为结构物部分及全部悬空,大大降低隧道使用的可靠度;溶洞填充物外涌,给施工造成困难和安全隐患;季节性的岩溶洞穴涌水,给隧道施工和体系带来不安全和不稳定因素。因此,制定合理、科学、有效的溶洞处理方案对隧道顺利穿越岩溶发育地段极为重要。根据贵阳枢纽白龙线Ⅰ标胡家坡隧道DI2K24+932溶洞处理方案的具体实施情况,总结贵州喀斯特地貌区溶蚀发育地区溶洞的处理方法,以期对溶洞处理的设计与施工有一定借鉴意义。     

节理倾角及组数对铁路隧道围岩稳定性的影响

我国西南地区崇山峻岭、地质构造条件复杂多变,岩体内部节理、片理、层理发育。隧道穿越节理发育围岩时,极易引发围岩大变形、掌子面失稳坍塌、钢架变形扭曲、初支掉块和二次衬砌开裂等工程灾害。为了分析节理对隧道围岩稳定性的影响规律,依托玉磨铁路西双版纳隧道,利用ABAQUS建立计算分析模型,得到不同节理条件下围岩塑性破坏特征。(1)节理对称分布时,节理屈服、围岩塑性应变呈现出对称分布于拱部、两侧拱肩和仰拱两侧区域的特点。(2)节理倾角较陡时,岩体性质是影响主控因素;节理倾角较平缓时,围岩发生沿节理面的剪切滑移破坏,节理是围岩整体发生塑性破坏的主控因素;当节理倾角为60°或120°时,围岩的塑性应变最大,最大塑性应变为0.197。(3)当节理倾角为90°时,围岩及节理屈服区域主要沿着节理方向垂向分布,且影响范围深入地层中。(4)2组节理条件下造成围岩塑性破坏的主要原因是节理面的塑性屈服;当节理倾角组合为60°+90°时,围岩的塑性应变最大,最大塑性应变为0.521。     

深埋隧道岩溶突水灾害的地质条件研究

研究目的:明确岩溶山区深埋隧道施工突水灾害形成的地质条件,给隧道施工地质超前预报工作提供技术基础。研究方法:在现场调研的基础上,对宜万铁路岩溶地区的隧道工程进行了多方面的分析。研究结果:得出了深埋隧道施工过程中揭露的深部岩溶地质特征,岩溶洞穴、管道的形成与地层岩性、岩层构造、褶皱形态、岩层产状、断层特征等岩性构造因素的相关性,以及岩溶地貌和地下水条件与隧道突水灾害的关系。研究结论:岩溶突水地质灾害可能发生的工程位置与岩性分异界面、岩层接触界面、褶皱核部转折端、断层等地质因素有密切关系,这些部位是大型岩溶洞穴可能出现的位置,因此隧道线路上这些地质位置也是岩溶突水灾害形成的可能部位。在此基础上提出了岩溶山区隧道施工过程中岩溶灾害危险地段的判定原则。     

地震映像法在铁路隧道隧底岩溶探测中的应用

岩溶是基础设施建设的重大地质隐患,地震映像法因其具有快速、便捷的特点成为探测岩溶的重要手段。本文介绍了地质映像法的工作原理、工作流程和岩溶在地震映像图上的基本特征,并应用该方法对西南一高速铁路隧道隧底进行探测,探明了溶洞和溶蚀裂隙发育区。通过现场钻孔验证了地震映像法在岩溶探测中的准确性。对地震映像法数据的处理提出建议,确保地震映像图效果良好。     

丽香铁路岩溶发育特征及对隧道工程的影响分析

滇西北地区位于青藏高原面的边缘及河谷斜坡地带,由于地壳的大面积隆升、断裂作用和强烈的流水侵蚀、溶蚀,形成独具特色的高原岩溶。以丽香铁路为依托,在岩溶水文地质调查的基础上,论述岩溶地貌类型、岩溶及岩溶水的发育规律,分析岩溶对隧道工程影响,为隧道工程的设计、施工提供科学依据,研究结论对高原岩溶区的工程建设具有指导意义。     

隧道仰拱涌突水原因分析及治理措施研究

针对大量隧道出现仰拱涌突水的情况,结合工程实例,从隧址区岩性、水文条件和地质构造三方面对病害原因进行了分析。结果显示:出现仰拱涌突水的隧道大部分围岩为灰岩等可溶岩;水文条件为地表水源丰富,并存在温泉水;地质构造中以褶皱居多,褶皱区的构造节理裂隙和断层破碎带为岩溶水垂直循环提供了通道,且褶皱区存在较高的地应力,从而形成了高压富水的环境条件。针对不同的地质构造以及涌水与降水之间的联系程度,可分别采取注浆堵水、地表处理、泄水洞排水等相应的治理措施。     

安六铁路岩溶区桥梁桩基建设风险探究

安六铁路六枝—冷坝段沿长江水系与珠江水系分水岭行进,线路总长37.47 km,受区域特殊地质地貌及区域丰沛降水的影响,沿山间冲沟区岩溶强烈发育,地下发育串珠状溶洞及溶蚀破碎带。从工程地质特征和水文地质特征2个方面研究地质发育机理,开展工程地质及水文地质调查。查明岩溶发育情况,认为桥梁桩基穿越串珠状溶洞及溶蚀破碎带施工风险很大。为降低岩溶施工风险,减少岩溶地质灾害,提出线路绕避、桥梁跨域岩溶强烈发育区的防灾减灾方案,以保障铁路运输安全。     

土-混凝土接触面剪切破坏模式分析

通过对红黏土与混凝土结构进行大型直剪实验,对其剪切过程进行数值模拟,分析了红黏土与混凝土结构接触面的破坏形式。试验结果表明:剪应力-剪位移曲线表现为折线型和双曲线型,分别对应于接触面在剪切过程中存在的滑移破坏和弹塑性破坏2种不同形式,随着混凝土表面粗糙度的增大,接触面的剪切破坏由滑移破坏逐渐向在土体内部形成剪切滑动带的破坏过渡。数值分析结果表明:法向应力较小时,剪切破坏形式主要表现为滑移破坏;随着法向应力的增加,逐渐转变为向土体内部形成剪切滑动带的破坏;并且在相同法向应力作用下,随着接触面粗糙度的增加,土体内部形成的剪切滑动带的厚度增加。     

新方斗山隧道岩溶发育特征及铁路选线研究

研究目的:新方斗山隧道穿越川东隔挡式褶皱,受地层岩性组合、构造、地形地貌控制,形成独特的岩溶地貌景观和岩溶水循环模式,隧道施工涌突水风险高,对地表环境影响大。通过对方斗山岩溶发育特征研究,选择合理线路穿越位置,以期达到有效降低隧道施工风险和对环境影响的目的。研究结论:(1)方斗山背斜岩溶发育深度一般在150～200 m之间,但是在接触带岩溶发育深度较深;(2)方斗山断层属压性断裂,断层倾角陡,两盘强烈挤压,岩溶不发育;(3)北西翼地下水排泄量大,富水性好;南东翼岩溶发育程度相对较弱、发育深度浅,富水性相对较差;(4)方案选择宜靠近既有隧道,利用降落漏斗,一方面可以降低岩溶水风险,另一方面可以减小地表水疏干范围,降低对环境影响;(5)方斗山背斜属川东平行岭谷区典型隔挡式褶皱,本研究成果对川东隔挡式背斜岩溶区隧道勘察及地质选线具有指导意义。     

某铁路隧道涌砂病害的原因分析及整治思路

研究目的:某铁路隧道位于西南可溶岩地区,施工过程中未发现异常情况,但开始运营后的第1年和第3年雨季分别遭遇了因涌砂覆没道床而中断行车的病害;为有效根治病害,通过研究涌砂过程,探查涌砂点岩溶发育情况,补充隧道附近水文地质测绘,详细分析岩溶及岩溶水地质环境,联系降雨量因素论述涌砂病害的产生原因及整治思路。研究结论:(1)雨季极端暴雨通过岩溶裂隙及管道下渗后,地下水位抬升并高于隧道,有压地下水携带岩溶裂隙中充填的砂土涌入隧道形成涌砂病害;(2)类似位于岩溶水季节变动带的隧道,在洞周岩溶裂隙发育且填充泥砂的情况下因水位抬升导致的洞身涌砂病害,宜采用能有效降低暴雨后洞身地下水位且维护方便的泄水洞方案处治;(3)本研究成果可供西南岩溶地区修建铁路、公路隧道工程时地质勘察人员及设计人员参考。     

岩溶区桥梁桩基勘察与设计要点分析

研究目的:昆明市老320国道升级改造工程地处云贵高原中部,工程地质属侵溶蚀盆地,岩溶发育强烈,岩溶地质的复杂性给桥梁桩基设计带来一定的困难.结合该工程某立交桥桩基设计实践,介绍岩溶形成的机理和特性,探讨岩溶地质桥梁桩基工程地质勘察和设计研究中存在的一些难点问题,总结该类工程地质桥梁桩基勘察设计原则与要点,以供相似工程桥梁设计人员参考.研究结论:岩溶地质勘察必须采用物探与钻探相结合,重视勘察方法和地质构造的研究,提供详实准确的勘察报告.设计必须仔细分析桩基受力特性、选取合理的参数计算桩基的承载力,采用可靠的方法评价顶板的稳定性,必要时进行科学实验,以验证计算分析的准确性,保证工程质量.