综合勘察与分析法在某特大桥中的应用研究

研究目的:某特大桥位于构造缝合带,断裂发育、地震烈度高、地质条件极为复杂,岸坡稳定性、危岩、崩塌、落石等重大地质问题突出。“地”类勘察方法具有直观性强、精度高的特点,但受场区气候恶劣、海拔高、高差大、地势陡峭等因素影响,在某特大桥艰险地段实施难度大、安全风险高;两岸临江侧地形陡峭,无法开展地面勘察。针对桥址区环境特点及地质条件,需要引进新技术与地面手段相结合形成新型综合勘察与分析技术,以查明桥址区工程地质及水文地质条件,尤其是岸坡稳定性分析所需的岩体结构面、边坡卸荷带特征。研究结论:(1)采用“天空地”一体化的综合勘察方法解决了某特大桥现场众多勘察难题;(2)“天”类、“空”类、“地”类勘察成果吻合性好;(3)综合勘察与分析方法可以提高复杂地形、地质条件下的勘察精度和准确度;(4)综合勘察与分析方法在某特大桥中得到了应用与验证,可以在类似桥梁工程中推广应用。     

泸定大渡河特大桥隧道锚模型变形试验研究

研究目的:以雅康高速公路泸定大渡河特大桥隧道锚碇为研究对象,为获取大桥隧道锚实桥锚的设计参数及判断成桥后锚塞体的变形情况,在实桥锚附近开展1∶10比例尺模型锚碇变形试验研究,包括监测表面变形、深部变形、锚碇与围岩接触面的位错变形、锚体应变等,分析隧道锚在1P、3.5P、7P荷载作用下的变形特性。研究结论:(1)在1P、3.5P、7P荷载下,锚碇体平均变形分别为0.40 mm、2.19 mm、5.81 mm;(2)围岩变形(拉力方向和铅直方向)分别为小于0.25 mm、0.21~1.86 mm、-0.42~6.59 mm;(3)锚体与围岩之间错动最大值分别为0.12 mm、0.32 mm、0.77 mm;(4)锚体及围岩的受荷瞬时变形较明显,设计中应充分考虑隧道锚与围岩的错动变形和围岩的变形稳定性问题;(5)该项成果可为桥梁设计提供必要的技术参数与支撑,同时也可为同类工程提供技术参考。     

金沙江特大桥综合勘察与分析

研究目的:丽(江)香(格里拉)线金沙江特大桥为国内首座重载铁路悬索桥,桥址位于高山峡谷区,岩体卸荷松弛,断层发育,地震活动频繁,岩堆、危岩落石等不良地质发育。根据大桥地质环境和基础的受力特点,选取适宜的综合勘察方法,分析场地稳定性及岸坡稳定性,查明地基强度,为桥梁的基础设置及计算分析提供科学依据。研究结论:选取了平硐、垂直钻探、工程物探、地质调绘、现场及室内试验等勘察方法,综合分析得出如下结论:(1)桥址处无全新世活动断裂通过,次生地质灾害较轻,场地较稳定;(2)基础持力层为片理化玄武岩,属硬质岩,地基强度高;(3)岸坡卸荷带较厚,局部发育岩堆、危岩落石、不利结构面,但岸坡整体稳定,采取加固措施后方案可行;(4)本研究成果对高烈度深切峡谷区桥梁工程的地质勘察具有借鉴意义。     

围岩附加拉力对隧道锚蠕变特性的影响研究

研究目的:为研究围岩附加拉力对悬索桥锚碇蠕变特性的影响,结合雅康高速泸定大渡河特大悬索桥雅安侧岸坡隧道锚工程区特定地质条件,依据相似理论,开展隧道锚1∶10原位缩尺模型蠕变试验。根据悬索桥锚碇工作原理,将围岩对锚碇的附加拉力嵌入传统四元件Burgers蠕变模型而得到修正后的锚碇蠕变本构方程,并对修正后的蠕变本构方程进行参数敏感性分析。研究结论:(1)模型锚蠕变试验值和利用修正后的蠕变方程计算出的锚碇最终应变量在量值和变形趋势上都较为相似,表明锚碇蠕变分析中应计入围岩对锚碇附加拉力的影响;(2)修正后的蠕变方程中弹性模量较黏性系数影响显著;(3) Maxwell模型弹性模量较Kelvin模型弹性模量对蠕变结果的影响敏感,Kelvin模型黏性系数较Maxwell模型黏性系数对蠕变结果的影响敏感;(4)本研究成果不仅能为泸定大渡河特大悬索桥隧道锚系统安全性评估提供可靠依据,也可为同类型工程提供技术参考。     

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。     

高速铁路隧道勘察钻探与物探综合应用分析

为研究鄂西山区某高速铁路隧址区工程地质问题,在勘察过程中采用综合勘探手段,利用钻探、音频大地电磁法、高密度电法,对隧址区地层情况、水文地质和工程地质条件、及其构造断层、岩溶、岩体富水破碎带的空间展布形式进行勘察.并将钻探实际揭露的目标地质体地层情况与物探解译成果进行对比分析.研究表明,物探对地层的岩性以及岩体破碎带的解...     

重力式锚碇水平极限承载力估值公式探讨

研究目的:当前基于摩擦设计的重力式锚碇的水平极限承载力估值偏保守,没有考虑锚碇结构与地基协同作用,联合承载的估值结果与实际偏差较大。本文利用平硐岩基摩擦试验、重力式锚碇基底深部位移监测和数值仿真试验等手段,探讨重力式锚碇与岩基的协同作用和联合承载机制。研究结论:(1)极限试验破坏形态揭示了重力式锚碇不是单纯的摩擦承载,而是锚-岩联合承载;(2)锚碇-岩基联合极限承载分为两个阶段和三个效应,初期为基底摩擦极限承载,摩擦效应;之后,前部齿坎夹持岩体剪切破坏极限承载,锚岩系统联合承载性能达到极限,夹持效应;基底上覆土重量对上述两部分都有提高,回填效应;(3)提出了考虑上述效应和联合承载机制的重力式锚碇水平极限承载力估算公式,经工程案例检验,公式极限估值9.6P与数值仿真确定的极限值8.0P接近,说明公式精度有保证,符合实际破坏模式;(4)该研究成果可用于新型重力式锚碇的设计和安全监控领域。     

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。     

隧道式锚碇与上覆隧道相互作用的力学性能研究

采用三维显式有限差分程序(FLAC3D),对南溪长江大桥泸州岸隧道式锚碇及上覆公路隧道各施工过程进行数值模拟,研究不同工序下各施工阶段支护结构的内力响应以及围岩体的应力场与位移场分布规律等力学行为.结果表明,锚碇与隧道的相互作用影响区域集中在锚室前端及上覆隧道洞口段范围内,且影响程度随两者之间距离的增大迅速减小;在设计主缆荷载作用下,上覆隧道洞口段发生向上位移,但量值相对较小,对隧道受力影响不大;复合锚碇体系的力学响应主要集中在锚固段始端3.5～4.0 m以及锚塞体与岩体接触面1.5～2.5 m附近区域;施工过程中应对隧道及锚室入口等浅层区域岩体、锚室及锚塞体开挖空间侧墙与拱腰等部位岩体进行加固;从岩体塑性区发展及支护结构受力状况来看,先建锚碇后修隧道的工序更加合理.     

新建蒙华铁路洞庭湖特大桥工程地质条件研究

为查明新建蒙华铁路洞庭湖特大桥的工程地质条件、水文地质条件、地震效应特征,提供客观、真实、准确的地质资料。首先采用遥感、地质调绘等方法查明桥址区的区域地质背景,在其基础上开展桥址区地质钻探、原位试验、物探、土工试验等工作,详细查明了桥址区的地层岩性、地质构造、岩土体特征、水文地质、不良地质、特殊岩土、地震参数、场地类别、场地抗震地段划分等特征。在综合分析勘察成果资料的前提下,对桥梁基础持力层选择、砂土液化、软土体力学性质、桥址区的场地稳定性及场地适宜性等工程地质问题进行了深入研究。研究表明:桥址场区处于相对稳定状态,场区工程地质条件适宜特大桥建设。     

大尖山隧道主要工程地质问题及防治措施分析

地质灾害问题常常是影响长大隧道施工中的关键问题,通过对大尖山隧道前期勘察资料的分析研究,详述了隧址区的工程地质条件及施工中的主要地质问题。该隧址区地质条件复杂,施工开挖后可能产生围岩失稳、断层破碎带塌方、涌水突泥、洞口边坡滑塌等地质灾害。在重点分析隧道围岩稳定性的基础上,针对各地质灾害的特征提出了相应的防治措施。     

五峰山长江大桥南锚碇倾斜基岩地质条件分析

五峰山长江大桥南锚碇位于五峰山山壑间,采用圆形扩大基础,外径90 m,场地内地形变化大,岩土层分布复杂,合理设置适应于地质条件的锚碇基础方案,对工程安全性、经济性意义重大。为了充分利用南锚碇场地内工程性能良好的微风化凝灰质砂岩地基,准确评价岩土体稳定性及对工程的适宜性,采用了露头调查、钻探、物探、原位测试及室内试验的综合勘察手段。基于地质成因分析及赤平投影方法,发现岩面、风化面总体产状具有一致性,倾角约18°,沿倾斜方向分布较稳定;通过进一步分析倾斜岩体及其风化面分布与锚碇基坑的相互作用关系,评价采用台阶式基础方案的可行性,并分析了其对岩石地基的利用优势,针对性提出了锚碇基坑的施工建议。经优化,考虑倾斜基岩工程地质条件的锚碇基础设计可减少约4万m³的微风化岩石开挖量,使工程兼具安全性与经济性。     

悬索桥隧道锚与下方公路隧道相互作用分析

隧道锚、公路隧道叠置使锚址区受力十分复杂,研究锚、隧的相互作用十分必要足尺模型试验难以实现,而数值分析是一条有效途径以我国首座大跨径悬索桥隧道锚为研究对象,基于实测综合确定的岩体参数,用三维弹塑性有限元法对包括下部公路隧道施工、隧道锚开挖、浇注、预应力施加、挂缆等全部工序进行了模拟,该围岩和锚体混凝土离散为8节点三维实体单元,隧道和锚碇的喷射混凝土及二次衬砌离散为4节点三维壳单元用读入应力法建立复杂构形的初始应力场。结果表明：在锚、隧间距合适时,施工期间两者的相互作用不突出;隧道施作时锚体区竖向位移与设计缆力作用的位移值对比表明,先施工公路隧道后施工隧道锚的工序是合理的;隧道锚的施作对隧道围岩位移影响微弱为大桥和隧道的设计与建造提供了可靠依据。     

高速铁路隧道围岩力学参数反演研究

研究目的:隧道围岩是一种非均质、不连续的地质体,其力学参数的确定直接关系数值模拟结果的准确性。针对隧道围岩力学参数难以有效获取的问题,本文依托阳山高速铁路隧道,采用FLAC~(3D)对隧道施工过程进行数值模拟,并基于遗传算法(GA)优化的支持向量机(SVM),研究高速铁路隧道围岩力学参数反演方法。在此基础上,建立隧道有限差分模型,分析不同台阶长度施工时围岩的变形、应力分布及破坏形态。研究结论:(1)围岩拱顶沉降模拟结果与实测值基本吻合,验证了所建立的隧道围岩力学参数反演模型的可行性;(2)当施工台阶的长度大于6 m时,隧道围岩稳定性急剧降低,不利于人员安全及隧道有序施工;(3)本研究结论可为后续施工提供可靠依据,同时可为隧道施工的稳定性分析提供参考。     

甬舟铁路金塘水道双悬索桥方案共锚碇深水基础研究

甬舟铁路金塘水道主航道桥研究两大跨共锚碇钢桁梁悬索桥方案,孔跨布置为(112+224+1050+238+42) m+(42+238+980+336+84) m。桥址位置台风频发、水深流急、浪大潮高、地质复杂、航道众多,为适应共锚碇基础荷载大,建设环境复杂等条件,从结构受力、经济性、可实施性、水流适应性等方面对大直径钻孔桩基础、复合基础和沉井基础进行方案比选。研究结果表明:复合基础结构紧凑、刚度大,施工周期较短、风险低,但其防冲刷性能、受力特性等需开展系列专题试验研究验证,沉井基础相对成熟且在结构受力、工程造价、施工工期等方面均优于钻孔桩基础方案;圆形沉井和矩形沉井工程造价及施工周期基本相当,考虑到圆形沉井方案对水流适应性好,冲刷深度小,经综合比较共锚碇基础推荐采用圆形沉井基础方案。     

孤峰平原区岩溶隧道工程地质问题探讨——以马判桥隧道为例

为了解决孤峰平原区岩溶隧道在勘察、设计和施工中常见的主要工程地质问题。通过马判桥隧道施工地质与勘察成果的对比、分析、研究,发现孤峰平原区岩溶隧道的工程地质问题主要有三个方面:(1)孤峰岩层平缓,卸荷严重,一般发育两组陡倾或垂直节理,张开度大,岩体被切割成码砌大块状,隧道顶板稳定性极差,易坍顶;(2)孤峰的形成过程,是水平岩溶长期发育的结果,因此峰体内岩溶问题突出;(3)孤峰平原区的围岩分级,数十米埋深的隧道,应以Ⅳ、Ⅴ级为主,埋深小于50 m的隧道,则以Ⅴ级为主。     

贵广铁路坪山隧道岩溶发育情况分析

研究目的:通过对贵广铁路坪山隧道勘察与施工期间揭示的岩溶现象,分析该隧道岩溶发育情况及特点,提出地质勘察使用的勘察方法及施工阶段的工程措施意见,对类似地质条件的工程的勘察与施工提供一定的参考。研究结论:(1)线路尽量绕避岩溶强烈发育区,若无法绕避,线路应尽量远离典型岩溶微地貌单元区;(2)勘察时须充分利用区域地质资料开展大范围地质测绘,采用综合勘察手段进行隧道工程地质勘察,基本查清地表各种岩溶形态发育位置、高程、与线路关系等,有针对性布置勘探点及物探段落核实岩溶发育情况;(3)对于地下暗河附近的岩溶隧道,应充分调查研究暗河空间位置形态,分析暗河成因及特点,类比推测暗河对隧道洞身围岩稳定性的影响;(4)施工时可采取洞周超前预报、基底地质雷达探测及洞底地质钻孔相结合的方式进行。     

高山峡谷区某顺层边坡地质特征及稳定性研究

某特大桥左岸支沟侧为顺层边坡，其稳定性是大桥建设的基础。采用地质调绘、钻探、硐探、钻孔全景摄像等手段查清边坡地质特征，通过工程地质和赤平投影分析初步判定边坡破坏形式，利用FLAC、UDEC、3DEC软件模拟分析边坡岩体的变形破坏规律，采用极限平衡法计算分析边坡、危岩体及堆积体的稳定性。研究结果表明：二级斜坡、三级斜坡分为基岩裸露区和深厚堆积体区2个区段，潜在破坏模式为平面滑动破坏及楔形滑动破坏；边坡整体处于稳定状态，强降雨+地震工况下，高为15,20 m的楔形体可能沿坡面及陡崖方向发生滑动破坏，二级斜坡顶部危岩体可能发生失稳、底部堆积体处于欠稳定状态；建议基础埋置于稳定的完整岩体一定深度，强化桥基岩体和锚碇围岩的加固处理，并加强抗震和边坡防护设计。     

玉蒙铁路曲江峡谷桥位选址及线路方案比选研究

研究目的:结合玉蒙铁路的勘察设计,在地质条件极为复杂的山区峡谷河段,进行重点桥位及线路走向的多方案工程地质条件研究比选,确定合理的桥址及线路方案。研究方法:遵循“线路服从桥位,桥位服从地质选址”的原则。采用地质综合勘探方法,详细查明峡谷区重大工程地质问题,综合比选确定桥址及线路方案。研究结果:作者通过系统的地质研究和对该项目地质选线经验的总结,提出了“复杂地质环境条件下必须坚持重大工程优先选址,并重视宏观区域地质选线”的原则及勘察设计中应注意的问题,最终选定了工程地质条件相对较好的桥址及线路方案。研究结论:玉蒙铁路经过的曲江峡谷地段,地处高烈度地震区、活动断裂带附近,内外动力地质灾害突出,使重大控制工程曲江大桥桥位的选择十分困难。工程技术人员通过系统研究峡谷区的区域地质环境及主要的工程地质问题,比选了8个桥址及4个线路方案,最终选定了5号桥址的C2K线路方案,为工程设计与施工创造了有利条件。     

杜家山特长隧道工程地质条件分析与评价

通过对杜家山特长隧道隧址区地形地貌、地层岩性、地质构造、岩土体工程地质特征等进行调查,利用物探、钻探,水文地质试验和岩体物理力学试验等勘察成果,分析评价隧道的地质复杂程度及工程地质条件,指出隧道施工过程中可能会遇到的工程地质问题以及相关施工措施和建议。