液态CO_2相变破岩技术在地铁基坑开挖中的应用

针对硬岩地质的地铁基坑开挖工程,传统的炸药破岩技术存在着炸药审批困难、储存运输风险高和爆破能量难以控制等问题。为解决上述问题,以长沙某地铁基坑开挖工程为背景,运用液态CO_2相变破岩技术替代传统炸药爆破进行破岩开挖,并对其破岩效果和安全性进行分析与监测。研究结果表明:液态CO_2相变破岩技术在破岩效果上能替代传统炸药爆破的方式,在安全性上符合爆破安全规程规定,可在类似硬质岩体的开挖工程中推广使用。     

单向非贯通节理岩体滚刀破岩 特性离散元模拟

相较于贯通节理,岩桥的存在使非贯通节理岩体受力破坏过程更加复杂。为探明其对破岩影响,通过采 用 PFC2D建立单向非贯通节理岩体滚刀破岩离散元模型,研究岩桥长度和倾角对岩体破碎模式、法向力、裂纹数 量及比能耗等参数的影响,揭示非贯通节理岩体滚刀破岩特性。研究发现：岩体以张拉破坏为主,节理对裂 纹扩展的“导向作用”明显,裂纹扩展方向总是趋向于和其距离最近的节理;竖向应力水平随节理倾角增加呈现 先增大后减小的趋势,在 45°倾角下达到最大值,应力区形状受到节理位置影响,两者具有一致性;完整岩体法 向力均值和峰值均大于节理岩体,节理对于破岩过程具有明显的促进作用;0°、60°、90°节理倾角下的比能耗值 明显低于其他节理组合,60°倾角下呈减小趋势,在岩桥长度为 25 mm 时取得最小值;0°、90°倾角下呈先减小后 增大趋势,在岩桥长度为 15 mm 时取得最小值。     

易碎岩层原位剪切强度参数获取方法研究

研究目的:工程实践中常遇到全/强风化岩体、受构造影响强烈的破碎岩体和软质岩等无法取心的易碎岩层,难以测取岩层强度参数,急需发展适合此类易碎、难取心岩层力学参数的原位测试方法。研究结论:(1)梳理了岩土体钻孔原位剪切技术要点,根据岩土体原位剪切技术及装备的压力范围和适用场景,提出了易碎岩层强度参数获取方法和步骤;(2)根据岩石软硬程度、风化程度和岩体破碎程度,按就低原则给出不同情况下易碎岩层强度参数获取适用的钻孔原位剪切技术及装备选取建议;(3)在强风化花岗岩、节理裂隙发育的白云岩以及受构造影响严重的花岗岩等典型易碎岩层中进行了应用,获取的岩体参数与经验取值或规范建议范围较为符合;(4)本研究成果可为其他易碎地层原位参数的获取提供参考。     

盘形滚刀与岩石相互作用研究综述

研究目的:盘形滚刀是一种重要破岩刀具,主要用在掘进机(TBM)、复合式盾构及岩石盾构的刀盘上。研 究盘形滚刀与岩石相互作用对于分析盘形滚刀破岩机理、指导刀盘刀具设计、提高破岩效率与掘进性能及降低 能耗都具有重要的理论意义和实用价值。 研究方法:文献综合分析和研究。 研究结果:扼要分析了隧道掘进机盘形滚刀破岩的基本原理、滚刀的截面形式及几何参数,并就滚刀与岩 石相互作用机理、滚刀破岩力、掘进性能预测等方面,对国内外具有代表性的研究成果进行了综述。 研究结论:指出影响盘形滚刀与岩石相互作用的因素主要有机械因素和地质因素。     

成昆铁路保安营隧道大变形岩爆共生特征及成因分析

在高地应力环境下,成昆铁路保安营隧道硬质岩间夹软质岩地层中出现了大变形和岩爆共生问题,严重威胁了施工安全.本文在分析隧址区高地应力环境特征、岩性组合、岩体强度及岩体刚度特性等因素的基础上,对大变形和岩爆共生的特征及成因进行了研究,得出主要结论如下:(1)隧址区的极高地应力环境是产生大变形和岩爆的内动力地质条件;(2)薄...     

TBM滚刀破岩时滑移量的数值模拟研究

TBM破岩用的盘形滚刀消耗量大且价格昂贵,不合理的换刀会对工期、施工成本以及TBM本身造成不利影响,研究盘形滚刀的磨损特性以及预测滚刀磨损具有重要意义。滚刀破岩时其受力情况及滑移量对滚刀磨损机理及磨损量的预测至关重要,本文利用软件ABAQUS建立了盘形滚刀破岩过程的有限元模型,研究了滚刀滑移现象以及滚刀受力分布情况。定量地分析了滚刀贯入度以及滚刀与岩石间的摩擦系数对滚刀滑移的影响。结果表明:滚刀破岩时的滑移量与贯入度成正比,与摩擦系数成反比。所得结果可以为滚刀磨损量的预测提供参考。     

声波探测技术的新发展及其应用

近年来，声波探测技术无论是硬件还是软件都得到前所未有的发展。而且其应用范围也得到了进一步的拓宽，声波探测技术已经完成由传统的岩体声波探测向岩体一构件声波探测的全方位转换。文中从铁道部科学研究院西南分院声波探测技术研究的发展和声波探测技术的应用，两个方面探讨了声波探测技术的发展及其在无损检测中的应用，并对其潜在的应用前景作了预测。     

TBM破岩机理及刀圈改形技术研究

通过地应力对破岩影响的分析,对TBM破岩机理进行了研究,着重考虑了岩石破裂角对破岩效果的影响.在刀圈荷载一定的条件下,为提高破岩效果可以针对不同的岩石采用不同的刀圈外形.结合秦岭隧道的工程实际,提出了提高工作效率的刀圈改形方案.     

复杂环境下地铁施工二氧化碳破岩技术研究

某地铁标段位于城区,周边施工环境敏感,建(构)筑物密集,对石方开挖振动、噪声等控制要求较高。若采用静力爆破、机械开挖等方式进行石方开挖,工效较低,难以满足工期要求。决定采用二氧化碳液-气相变膨胀破岩技术进行破岩,并开展了现场对比试验。研究表明:单排布孔试验中,测点的振动速度小于0.1 cm/s,未触发振动监测仪;双排布孔试验中,近点的最大振动速度为2.187 cm/s,远点的最大振动速度为1.817 cm/s,均小于一般建筑物的安全振速(3 cm/s)。该技术具有较好的安全性,且对周边环境的影响较小,验证了其在复杂环境下应用的可行性。     

基于LS-DYNA的19英寸盘形滚刀仿真分析与优化

研究盘形滚刀的受力情况,可以为滚刀设计和选型提供理论依据。文章在对滚刀的受力进行理论计算的基础上,利用LS-DYNA显示动力学分析软件,对19英寸盘形滚刀刀圈进行仿真分析,得到了19英寸盘形滚刀破岩力曲线、刀圈的应力状态;结合对刀圈受力分析,优化刀圈结构;对比了应用有限元仿真、CSM模型和掘进参数计算的破岩力。结果表明:有限元仿真法可用于19英寸滚刀破岩力计算,优化后的刀圈适应地质条件的要求,为刀圈的针对性设计和选型分析提供科学的参考,具有重要的工程价值。     

云母片岩隧道围岩大变形分析研究

随着铁路建设的快速发展,隧道工程的比重不断加大,云母片岩隧道围岩大变形已严重影响了隧道施工安全和进度,本文为解决这些问题,通过对宝兰高铁杨家庄隧道云母片岩结构特性、矿物成分、抗压强度和水理特性等工程特性的介绍,对云母片岩隧道围岩大变形特征及变形因素进行分析研究。(1)变形特征:沉降收敛变形量大,变形速率快,变形持续时间长,变形差异大,洞身纵向变形分布不均及破坏形式多样性;隧道围岩变形与隧道围岩压力有着密切相关性,且早期变形严重,半个月后逐渐趋于稳定。(2)变形因素:地形地貌、岩性特征、岩体结构、地下水及围岩压力是云母片岩隧道围岩大变形的主要因素;单斜地层和地形产生偏压、开挖卸荷后围岩受地下水渗流软化沿变质片理面及泥质夹层产生塑性蠕变,使围岩压力分布不均等因素是导致杨家庄隧道围岩大变形的根本原因。     

基于凿岩台车钻进速度的隧道围岩基本质量指标计算方法

为保证隧道施工中岩体识别的准确性，针对冲击-旋转耦合式破岩的凿岩机提出1种基于钻进速度的隧道围岩基本质量指标（BQ）计算方法，包括基于钻进速度的BQ拟合计算式和钻进速度分级模式。首先，从能量角度分析冲击-旋转式凿岩机的破岩机理，推导由钻进参数和BQ值表达的凿岩机破岩功能关系计算式；其次，依托郑万高铁湖北段隧道工程获得92组样本，通过现场试验和室内试验，采集样本的钻进速度和可用于计算BQ值的岩石坚硬程度和岩体完整程度数据；最后，采用数理统计方法建立钻进速度与BQ值之间的关系，并在此基础上提出钻进速度分级模式。结果表明：钻进速度和BQ值之间具有良好的响应关系，当钻进压力一定时，可直接用钻进速度表示围岩BQ值；基于钻进速度的BQ值计算方法，包括中值拟合计算式及可覆盖95%数据的上、下限值计算式；钻进速度分级模式及选择原则可直接用于现场围岩级别的快速判定。     

关于铁路物探疑难技术问题的探讨

研究目的:作为设计的基础资料,物探与铁路工程设计所要求的精度还有相当距离。造成差距的主要原因之一是目前存在一些疑难技术问题,这些疑难问题严重制约了铁路工程物探技术的发展,通过对疑难问题进行探讨,引起有志于促进和发展物探技术的国内外专家及同仁的关注,并进行立题研究和攻关。研究结论:(1)疑难问题归纳起来表现在干扰与分辨率的矛盾、物性差异与分辨率的矛盾以及勘探深度与分辨率的矛盾;(2)由于疑难问题的制约,现阶段在应用物探解决铁路工程问题时,应注意其资料的局限性和所能达到的实际应用效果;(3)如果这些疑难问题能够得到解决或部分解决,将大大提高物探在铁路工程地质勘察中解决问题的能力和精度,物探技术将取得重大突破。     

基于粗糙集与AHP的深埋隧道软岩大变形研究

研究目的:软岩大变形是铁路深埋隧道修建过程中遇到的主要工程地质问题。本文根据兰渝铁路的施工数据,分析控制软岩大变形级别的主要影响因素,确定其主客观权重,建立软岩大变形预测模型并对其进行计算验证。研究结论:(1)岩性、岩体完整程度、层厚、地应力状态、岩层走向与隧道关系、地下水、岩层倾角7个指标为影响软岩大变形的主要因素;(2)粗糙集和层次分析法(AHP)主客观分析中,岩体完整程度、岩层层厚、地应力状态的权重均显著更高,而岩层走向与隧道夹角、地下水、岩层倾角、岩性等相对影响较小;(3)计算结果显示,本次建立的AHP结构模型在兰渝铁路哈达铺隧道中匹配度极高;(4)本文研究可为类似铁路地质选线、风险评估和工程设计提供支撑,同时给隧道围岩大变形的分级和预测提供新的思路。     

吉林市绕城高速公路倾倒边坡破坏机制及稳定性评价

对于由陡立或陡倾产状岩体组成的边坡,倾倒破坏是其主要破坏模式。在现场调研的基础上,以吉林市绕城高速公路K36+420处边坡为研究对象,利用弯曲—拉裂模型研究其破坏模型及破坏机制。研究结果表明,从坡脚开始,每个岩块的抗滑破坏验算均不稳定,因此,此边坡不存在滑动岩块组,而只有倾倒岩块组和稳定岩块组两个部分。     

高速动车组空调CO2工质应用研究与实现

介绍了空调工质的基本要求;总结了高速动车组空调常用工质为R22、R134a、R407C并阐述了其性质;分析了目前和谐号、复兴号高速动车组空调工质使用情况、全球变暖直接效应、维修成本大幅上升及工质可获得性差等问题,提出了高速动车组空调采用新型自然环保工质的必要性。通过分析CO_2工质的优势并与既有常用工质和其他自然工质的对比研究,提出了CO_2是高速动车组空调工质的选择方向。通过中车大连所45 kW CO_2空调系统的研发和在中车长客股份400 km/h高速动车组装车应用的实现,说明了CO_2工质用于高速动车组空调的可行性。     

球型镶齿滚刀参数对破岩比能影响性研究

研究球型镶齿滚刀破岩过程中刀盘转速、钻压、镶齿数、刀盘间距以及贯入度5种因素对破岩比能的影响,利用ABAQUS有限元计算软件,建立双排滚刀直线切割围岩的动力显式模型;基于正交试验法,设置五因素四水平正交试验L16(4~5),通过极差分析和方差分析找出不同因素变化对破岩比能的影响规律,并对比分析最优组合和最不利工况下滚刀滚动力和破岩效果。研究结果表明:影响滚刀破岩比能因素的主次顺序依次是钻压、刀盘排距、转速、刀齿数和贯入度;适用于中风化凝灰岩互层的钻具参数为转速12.56 m/s,钻压25 kN,刀齿数34个,刀盘排距35 mm,贯入度1 mm,此时的破岩比能为0.382 8 MJ/m~3,优化效果较好。     

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。     

近水平软岩边坡楔裂扩张力致滑机理研究实例

研究目的:在近水平非膨胀软岩地区,经常发生滑坡,给工程建设以及人类活动带来危害。本文结合兰渝铁路D1K641路堑工程滑坡勘察,从岩石(体)水理特性试验着手,研究非膨胀软岩遇水产生裂缝的机理,以及近水平软岩边坡变形破坏的力学机制,这对整治或预防近水平软岩边坡变形破坏具有重要实际意义。研究结论:(1)软岩遇水产生楔裂扩张力,在楔裂扩张力作用下岩体发生楔裂性崩解,强度显著降低。(2)近水平软岩边坡变形破坏模式:岩体遇水首先在楔裂扩张力作用下发生垂向楔裂破坏并向深部发展,遇到特殊层间时在楔裂扩张力、裂缝静水压力、重力、沿层面渗流水的扬压力,以及强度大大降低的综合作用下沿层间发生剪裂破坏,致使岩体失稳并向临空面滑移形成滑坡。(3)楔裂扩张力在边坡变形破坏、滑移过程中起着关键作用。     

岩体节理及岩块力学参数对TBM净掘进速率的影响

为研究岩体节理及岩块力学参数对TBM净掘进速率的影响,采用离散元法分析岩体节理倾角和间距对TBM净掘进速率的影响。结合施工现场统计资料,研究岩块力学参数与TBM净掘进速率相对关系。结果表明：(1)当其他条件不变,节理倾角在0°～60°时,TBM净掘进速率随节理倾角增大而加快;而当节理倾角在60°～90°时,TBM净掘进速率随倾角增大而降低。(2)一定范围内,节理面发育程度越高,节理组数越多,TBM净掘进速率越高。(3)TBM净掘进速率随岩石单轴抗压强度和弹性模量增大而减小,随泊松比增大而提高。本文得出一系列有意义的拟合曲线,可为定量分析TBM净掘进速率与岩体节理及岩块力学参数之间关系提供依据。