高地应力与岩爆有关问题的研究现状

从高地应力的含义、岩爆及其主要特征、岩爆烈度分级及其预测方法、岩爆安全防护与防治工程措施等方面着手，较为系统垢阐述了国内外高地应力与岩爆有关问题的研究现状。     

蒙华铁路九岭山隧道施工期岩爆预测研究

为保障九岭山隧道施工安全,准确预测掌子面前方未开挖段的岩爆发生状况,采用理论与实测相结合研究手段,对隧道的岩爆发生状况进行了预测。通过岩爆预测并结合已开挖段的岩爆发生情况,得出卢森、王元汉、王兰生判据的结论更适合九岭山隧道的实际情况。基于应力解除法的二次应力测试和基于应力判据法的岩爆预测准确性也得到了验证,得出九岭山隧道未开挖段DK1689+140~+450为中等岩爆区域。     

考虑围岩应力释放效应的岩爆滞后性模拟研究

现有岩爆判据可用于宏观上把握岩爆发生可能性,但对其所特有的滞后性现象机制研究不足。自围岩应力释放角度出发,利用数值模拟工具,研究分析岩爆滞后性特征。对不同应力释放率下围岩弹、塑性应变能分布特征以及围岩破坏区范围及特征进行分析研究。结果表明： 1）应力释放率与弹性模量之间呈指数关系,应力释放率较低时,围岩主要为弹性变形。2）随着释放率的逐步提高,洞壁围岩出现塑性屈服区,且弹性应变能与塑性应变能密度之间发生调整,并最终于洞壁一定深度处形成弹性能量集中区。3）应力释放率不同时,洞室围岩塑性区范围不同,且随着应力释放率的逐步提高,屈服状态自剪切屈服向剪切与张拉屈服并重转变,不同应力释放率下岩爆等级不同。研究结果对于认识岩爆滞后性现象具有一定的作用。     

闽西南某隧道高地应力特征及隧道岩爆预测研究

为了更方便地进行闽西南某隧道的岩爆预测与预防工作,首先,阐述了Heok-Brown岩体强度估算理论和基于修正的Sheo-rey模型的工程区地应力场预测方法.在此基础上结合隧道工程地质调查资料和地应力实测结果,分析了隧道围岩强度,预测了隧道工程区沿线的地应力大小,评价了工程区的地应力状态,结果表明该隧道大部分处于高地应力区.同时,利用强度应力比法对高应力作用下围岩中可能发生的岩爆进行了预测,并且与已发生的岩爆情况进行对比,表明该预测与实际情况一致性较好,证明了本文所采用方法的可靠性.     

闽西南某隧道高地应力特征及隧道岩爆预测研究

为了更方便地进行闽西南某隧道的岩爆预测与预防工作,首先,阐述了Heok-Brown岩体强度估算理论和基于修正的Sheorey模型的工程区地应力场预测方法。在此基础上结合隧道工程地质调查资料和地应力实测结果,分析了隧道围岩强度,预测了隧道工程区沿线的地应力大小,评价了工程区的地应力状态,结果表明该隧道大部分处于高地应力区。同时,利用强度应力比法对高应力作用下围岩中可能发生的岩爆进行了预测,并且与已发生的岩爆情况进行对比,表明该预测与实际情况一致性较好,证明了本文所采用方法的可靠性。     

层间脱空时水泥混凝土路面的荷载应力特征

针对水泥混凝土路面层间脱空问题,采用有限元方法,建立了弹性半空间地基上考虑脱空的三维路面结构模型,计算了板角、接缝和板中3种脱空位置处脱空面积对面层荷载应力的影响。结果表明:对于板角脱空,脱空长度与宽度接近时,面层荷载应力最大;对于接缝中部脱空,平行于接缝方向的脱空越多,面层应力分布越不利;对于板中脱空,面层应力对脱空形状的敏感性较低。无论脱空位置如何,面层底部最大弯拉应力均随脱空面积、荷载大小的增加而增大,但与板角脱空和接缝脱空相比,板中脱空对面层应力的影响较小。     

岩石峰后应力应变特性的加卸载试验研究

为了研究隧道开挖过程中围岩在加卸载条件下的应力应变特性,采用TAW-2000微机控制岩石伺服压力试验机对辉绿岩进行了三轴加载和卸围压试验,通过分析岩石强度、体积变形在试验全过程中的变化规律及其与围压的关系,研究岩石的力学特性、变形特性及其破坏机理.结果表明,在卸载试验条件下,岩石在屈服破坏后,同样具有应变软化特性和破裂...     

橡胶沥青应力吸收层(AR-SAMI)对沥青路面荷载应力响应的影响探析

AR-SAMI以其优良的应力吸收效果、施工简单及速度快等特点在国外得到广泛的应用。利用有限元软件(ABAQUS)建立了沥青路面典型结构的有限元模型,通过有限元模拟AR-SAMI防治反射裂缝的效果,并通过工程实例加以论证,为今后AR-SAMI提供技术指导。AR-SAMI能起到有效吸收应力的作用,对防治沥青路面的反射裂缝起到较好的作用。     

行车荷载作用下软弱黄土路基的竖向应力特征

采用线弹性体系理论和BISAR程序,计算分析了行车荷载下软弱黄土路基顶面和路基土中的竖向应力的变化规律,揭示了其分布特征,为软弱黄土地基公路工程的路基、路面设计提供了理论支持和决策依据。     

基于弹性应变能的深埋硬岩隧道岩爆研究

隧道掘进引起的应力调整会导致围岩的弹性应变能分布发生改变,其中弹性应变能大幅跃升区域的围岩发生岩爆的可能性极高。依托米仓山特长隧道,采用三维数值模拟手段,基于弹性应变能理论研究了隧道掘进过程中弹性应变能的变化规律。研究结果表明： 在高地应力条件下隧道掘进会导致明显的卸荷作用,引起围岩应力的重分布,从而导致掌子面附近区域弹性应变能剧烈改变,其中掌子面及其前方7 m范围内围岩的弹性应变能呈现下降趋势,掌子面后方围岩弹性应变能呈现增加趋势; 拱顶部位弹性应变能增加幅度为3.56倍、边墙部位弹性应变能增加幅度为3.73倍、基底部位弹性应变能增加幅度为4.66倍,存在发生岩爆的可能。     

二郎山公路隧道岩爆特征与防治措施研究

总结了二郎山公路隧道岩爆在发生时间、空间、岩性与岩体结构效应等方面的主要特征 ;从改善围岩物理力学性能和应力条件、初期支护加固围岩、二次衬砌诸方面着手 ,阐述了该隧道岩爆的防治措施。     

盾构隧道管片接缝密封垫防水性能及受施工荷载影响研究

为研究盾构隧道接缝密封垫防水性能及施工荷载对其影响,依托某地铁盾构隧道工程自主研制密封垫防水性能足尺试验装置,设计并开展相应的足尺试验。在此基础上,建立密封垫数值分析模型并结合试验结果验证了其可靠性。借助数值分析得到了不同错台量条件下的密封垫防水性能变化规律。最终,构建了盾构隧道三维荷载-结构模型,综合考虑注浆压力、千斤顶推力和盾尾刷反力等施工荷载,探究了接缝变形特征及其对密封垫防水性能的影响情况。研究结果表明:极限状态下工程原设计密封垫无法满足设计水压要求;接缝错台量增大将导致密封垫偏心受压越发严重,可能引起欠压侧支腿翘起;相同施工荷载下,最大环缝变形为最大纵缝变形的1.5~2.0倍,环缝密封垫防水性能降低程度更大;确定密封垫极限状态时有必要考虑施工荷载造成的接缝变形。所提出的足尺试验装置能够很好地实现试验目的,相应方法与结果可为后续盾构隧道接缝密封垫防水性能足尺试验研究提供参考和指导。     

飞机动荷载作用下暗挖隧道围岩压力特性现场试验研究

目前虽然国内外地下工程已有许多隧道工程穿越公路、铁路、既有建(构)筑物等相关施工经验和教训,但穿越机场在路网规划中尚不多见,因此依托下穿机场跑道暗挖隧道工程,针对飞机动荷载作用下的围岩压力展开研究。首先根据地质条件和工程支护特点,给出监测方案;然后根据理论知识计算土压力;最后,对动、静荷载作用下暗挖隧道围岩压力的现场试验进行对比分析。研究结果表明:动、静荷载作用下试验断面的围岩压力均在允许值范围内,动载作用下断面围岩压力整体增大45%~88%。从分布形态看,动、静荷载作用下围岩压力分布都不均匀,相对而言动荷载作用下围岩压力分布更为不均,但二者均表现出:隧道拱顶、底部处围岩压力较大,拱腰处相对较小。     

深埋高地应力水工隧洞地应力特征及岩爆脆性破坏深度预测研究

为解决高地应力情况下水工隧洞开挖时产生的岩爆问题,以新疆某高埋深水工隧洞为依托,并结合现场水压致裂法和钻孔套芯解除法测试获得的地应力数据。研究深埋引水隧洞区域地应力场分布规律,通过强度理论判断岩爆发生的可能性;在考虑高地应力与围岩开挖二次应力状态作用前提下,通过岩爆破坏区深度理论公式,结合现场数据计算出岩爆破坏深度。结果表明： 1）隧洞处平均初始地应力应力基本在23 MPa左右,最大水平主应力为28.6 MPa,属于高地应力隧洞; 2）三向主应力间的总体关系为σH（最大水平应力）>σZ（自重应力）>σh（最小水平应力）,属于σHZ（走滑型）初始地应力场,以水平构造应力为主导; 3）隧洞最大主应力与最小主应力之间差值较大,依据摩尔-库仑准则,表明该隧洞开挖的临空面会存在较大的剪应力,易引起隧洞发生岩爆; 4）在隧洞开挖过程中,隧洞将会发生中—强等级的岩爆,发生岩爆脆性破坏最大深度为0.68 m。     

沥青路面典型点位应力应变分布特征研究

采用BISAR3.0力学计算软件和《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)推荐的双圆荷载加载模式,选取八个典型点位,提取其应力应变数值。应力应变沿路面深度分布规律表明:最大应力应变出现在A点或D点,面层内最大剪应力、剪应变出现在A点或C点;横向应力应变较纵向、竖向变化复杂;剪应力、剪应变变化规律一致,分析等效,采用其一便可代表路面的剪切状态;沿路面深度横、纵向应力仅数值变化而方向不变,横、纵向应变不仅数值变化且方向变化。     

应力解除法在某山岭隧道地应力测量中的应用及岩爆预测

为了解某山岭隧道的地应力状态及为岩爆预测提供依据,在该隧道沿线选择了2个有代表性的位置,采用空芯包体应力计进行地应力测量。测量结果表明：该区域最大主应力近于水平,最大主应力量值为16.14MPa,方向为S65。E,测量结果与现今区域构造应力场相吻合。最后在实测地应力和岩石力学试验的基础上,对该山岭隧道的岩爆强度进行了预测,并提出了相应的防治措施。     

混凝土路面行车荷载疲劳应力影响因素的研究

我国目前路面设计采用的力学经验法,在设计基准期内满足承载能力、耐久性、舒适性、安全性的要求。本文通过对现行《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D20-2011)的理解,结合工程经验,研究设计轴载、板底地基当量回弹模量、基层类型及厚度、面层混凝土弯拉强度等设计参数对路面结构的影响,结果表明：合理设计轴载对荷载应力影响较大;设置粒料层可有效提高地基回弹模量;半刚性基层不宜过厚,刚性基层需与面层协同设计,使二者受力最佳;提高面层材料弯拉强度,能承担较高荷载应力。本研究结论为路面设计提供合理建议,供设计参考。     

不同应力场下软弱围岩公路隧道的力学特征试验

运用自行研制的用于地质力学模型试验的隧道开挖工具,系统地开展了基于先加载后开洞思路的不同应力场公路隧道模型试验,研究了开挖对不同应力场公路隧道围岩应力分布的影响,分析了不同初始应力场公路隧道结构的受力特点.试验结果表明:隧道开挖后,不同应力场洞周各部位径向压力松弛程度不同;施作衬砌之后,不同应力场洞周各部位径向压力回升程度也不同;除在拱顶、拱底方向围岩与衬砌接触压力随着侧压力系数的增大而略有减小外,其他各方向均随侧压力系数的增大而增大,且影响较明显;应力场对衬砌结构切向应力影响也很大.     

桩间土荷载引起的附加应力计算模式及影响因素研究

复合地基沉降计算的关键是确定复合地基内部应力场分布。但目前各种计算模式中往往假定桩间土荷载覆盖于整个复合地基上,与实际中桩间土荷载仅覆盖于桩间土上这种差异导致计算结果较实际偏大。笔者基于Boussinesq解修正了桩间土荷载引起的附加应力计算模式,并研究了深度、置换率、桩径等因素对两种计算模式的影响规律:两种模式计算的附加应力差距沿深度逐渐增加,在2～7倍桩径深度处达到最大值,而后沿深度又略有缩小,并趋于稳定值;置换率越大,差距越大,而桩径基本无影响。