包气带隧道气相释压效应与气相释压集聚水

研究目的:地下水位以上包气带隧道施工或运营期间出现渗水或小股涌水现象的成因和机理一直困扰着人们,且往往对工程有着重要且长期的影响。本文通过对隧道开挖后土体固、液、气三相变化的分析,找出与隧道周边水分变化相关的主要影响因素,揭示隧道周边围岩形成饱和含水带并出现渗水的成因和机理,合理解释明确处于地下水位以上且无上层滞水地段隧道渗水问题,并提出关于隧道气相运移以及关于围岩局部地下水的全新概念。研究结论:(1)包气带气相压力随高程降低增加的梯度在年内约多数时间段大于大气压力的增加梯度,亦即隧道围岩岩土体气相压力周期性大于同高程大气压力;(2)隧道开挖后在气相与大气压力差驱动下,导致产生岩土体气相收敛集聚运动,以及与之相伴的一系列水汽运移、吸附、转化现象,本文称为隧道开挖的气相释压效应,并认为该效应为隧道开挖所产生的除应力场变化以外的另一重要变化;将由此产生的局部饱和地下水称为气相释压集聚水,该地下水的溢出是包气带除局部为上层滞水导致以外的隧道渗水的主要原因;(3)本文研究内容主要用于隧道等地下工程的工程地质及水文地质勘察。     

含水率和低温对黄土热物理参数影响性研究

研究目的:为研究含水率和温度对黄土热物理参数的影响,取宁夏惠安堡黄土为研究对象,运用Hot Disk热常数分析仪,进行不同含水率和温度下惠安堡黄土的导热系数、比热容和热扩散系数的试验研究,并且研究含水率和温度共同作用对黄土热物理参数的影响及其作用机理。研究结论:(1)含水率增加、温度降低会导致土中气的含量减少;(2)液态水和冰的导热系数要高于空气,当含水率增加、温度降低时导热系数增加;(3)水的比热容随温度的降低而增加,冰的比热容随温度的降低而降低,但两者的比热容都高于大气,所以当含水率增加时土样的比热容增加,当温度降低时土样的比热容降低;(4)液态水的热扩散系数随温度的降低而降低,固态冰的热扩散系数随温度的降低而增加,含水率增加、温度降低会导致热扩散系数的增加;(5)本研究结论对黄土地区土木工程的设计、施工等具有一定的参考价值。     

遥感技术在蒙华铁路地质勘察中的应用研究

研究目的:蒙西至华中地区铁路通道工程浩勒报吉至三门峡段风沙、煤窑采空、黄土滑坡、崩塌等不良地质发育,同时沿线地貌类型复杂,沟壑纵横,大范围地面调绘工作开展困难。为优化地质调绘方法,提高不良地质勘察效率和质量,研究利用遥感判释技术进行沿线不良地质勘察。研究结论:(1)研究采用高分辨率遥感和三维遥感技术相结合的方法,进行沿线不良地质遥感判释,查明了沿线不良地质分布特征;(2)划分出沿线毛乌苏沙漠区风沙分布特征,识别出煤窑采空分布范围,判释出270余处黄土滑坡和崩塌,判释准确率高于85%;(3)高分辨率遥感和三维遥感技术的综合应用可满足多类型不良地质勘察的需要,为地质选线提供了直接参考;(4)该研究成果可应用于艰险山区长大线路工程不良地质勘察工作。     

考虑降雨影响的框锚支护结构稳定性动态分析

研究目的:现有的框架预应力锚杆柔性支护结构(简称"框锚支护结构")的整体稳定性分析方法均未考虑降雨入渗的影响。为探索降雨入渗对框架预应力锚杆柔性支护结构稳定性的影响规律,基于Geo Studio软件,采用Van Genuchten模型对非饱和黄土的土-水特征曲线和渗透系数特征曲线进行拟合,进而对降雨条件下非饱和黄土边坡内部渗流场进行模拟,采用非饱和土强度理论确定黄土的强度,提出一种土体含水率变化时摩擦型灌浆锚杆极限抗拔承载力的计算方法,对降雨入渗条件下的框架预应力锚杆柔性支护结构的整体稳定性进行动态分析。研究结论:(1)锚杆锚土摩阻力和极限抗拔承载力随着土体含水率增大迅速降低;(2)降雨持时超过12 h后,雨水入渗对锚杆承载力的影响比较明显;(3)不考虑和考虑含水率变化对锚土摩阻力的影响,边坡安全系数变化差异较大;(4)降雨入渗对框架预应力锚杆柔性支护结构的整体稳定性影响不容忽视,分析时应考虑含水率变化对锚杆极限抗拔承载力的影响;(5)本研究成果能为非饱和黄土地区框架预应力锚杆柔性支护结构考虑降雨影响的设计和施工提供指导。     

降雨条件下灵台黄土滑坡变形机理分析

研究目的:为了更好地应对西部铁路建设中常见的黄土滑坡问题,本文以一处典型黄土滑坡为例,结合滑坡区的工程地质条件,建立地质模型,对其降雨条件下的变形特征、诱发因素及形成机理进行了分析,旨在通过深入研究黄土滑坡在降雨条件下的变形机理,为铁路工程建设中该类地质灾害的防治工作服务。研究结论:(1)灵台滑坡是在自然条件下受降雨影响,雨水顺节理裂隙下渗,坡脚遭到雨水浸润、侵蚀,上部土体充分湿陷,在自身重力影响下形成的中型滑坡;(2)对滑坡体在一定降雨条件下进行有限元模拟,得出整个灵台滑坡降雨入渗过程就是降雨对基质吸力影响强度逐渐降低同时影响范围逐渐扩大的过程;(3)结合实际勘探资料,对滑坡天然状态与饱水状态应力-应变的力学行为进行比较分析,得出滑坡失稳、破坏与滑移的力学机制;(4)本文研究成果可为黄土滑坡的防治工作提供理论基础。     

瓦窑坡隧道岩溶地质超前预报

研究目的:瓦窑坡隧道地质条件非常复杂,处于构造剥蚀中低山区,地表溶蚀强烈,存在岩溶、冲沟浅埋段和破碎带等不良地质现象。为预防隧道塌方、突泥、突水等事故,迫切需要提高超前地质预报在岩溶隧道预报中的精度。研究结论:(1)本研究以地质法为基础,TGP206地质超前预报系统为主要手段,预报了溶洞类型、位置及规模;(2)地震反射法适用于预报长距离范围内的不良地质体的构造轮廓;(3)地质震达主要适用于短距离内的地质预报。     

黄韩侯铁路某段地质选线初探

黄陵-韩城-侯马铁路涺水河段特殊岩土及不良地质发育.通过对黄陵-韩城-侯马铁路涺水河段的工程地质的勘探,分析了区段内地质第四系上更新统风积黄土的湿陷性,涺水河-井溢沟脑正断裂破碎带、影响带的范围及岩溶发育的程度,并根据地质选线的原则,初步推荐D1K线路方案及D2K线路方案,通过分析特殊岩土及不良地质对两个方案各工程的影响程度,对方案的选择提出了参考意见.     

超前深孔劈裂注浆技术在高含水率黄土高铁隧道中的应用研究

针对宝兰高铁在长段落连续高含水率黄土地层中修建大断面隧道过程中,面临的围岩变形大、掌子面易失稳、支护结构易变形侵限等问题,通过现场调研和室内试验,在揭示沿线高含水率黄土围岩物理力学特性及隧道病害特征的基础上,提出采用高压排水注浆挤出土中水分以改善黄土物理力学性质的"超前深孔劈裂注浆"围岩加固方案及关键设计参数,并在沿线...     

原状湿陷性黄土的结构性本构模型

研究目的:黄土的应力和含水率状态对应着一定的结构状态,微观结构性的改变,引起宏观力学性状的改变。湿陷性黄土在力与水的共同作用下,产生原生结构性的损伤和湿陷变形,对增湿和加荷耦合作用下的结构性变化规律,应力应变关系和增湿变形等力学特性的研究有重要的意义。研究结论:不同含水率和固结围压条件下原状结构性黄土的应力应变变化规律,以及由增湿、固结作用和剪切变形反映了土体结构性损伤规律;统一考虑增湿和加荷对土体结构的损伤破坏,建立的反映结构性变化的非线性本构模型,能够描述应变软化和硬化型应力应变关系曲线,实现了土的结构性与其本构模型研究的统一。     

富水复杂地质围岩稳定性评价与支护系统优化

研究目的:富水复杂地质隧道施工过程中,不良地质带受水-岩相互作用的影响,开挖过程中拱顶、拱腰等部位极易产生块体失稳,且隧底压力经常大于垂直地压,造成仰拱断裂、边墙下部内移错动甚至衬砌失稳破坏,从而给隧道施工造成很大的安全隐患,因此很有必要对围岩稳定性进行评价,并以此为基础对围岩支护系统进行优化探讨.研究结论:(1)隧道在弱风化的花岗岩中掘进时应尽快施作仰拱,使衬砌闭合成环;(2)CD法开挖段仰拱紧跟、衬砌尽早封闭成环很有必要;(3)文兴隧道与水库之间具有水力联系的可能性,对于隧道内的渗、涌水应及时采集水样进行必要的水化学及同位素分析,判断隧道内渗、涌水的来源.(4)隧道在断层破碎带的软弱围岩中掘进时,应尽早施做二次衬砌,必要时做专项的抗水压复合式衬砌设计;(5)一旦证实水库水与隧道之间存在水力连通,隧道的断层破碎带为力学和形变不良段,车行横洞应尽量避开该位置,适宜前移或后移数十米至微风化岩层段内.     

宝兰客专黄土隧道地基静压挤密处理效果探讨

研究目的:开工建设的宝兰客运专线途经五个地貌单元,沿线广泛分布着黄土,具有湿陷层厚度大、湿陷等级高、振动易损性大的特点,湿陷性黄土隧道地基处理标准高,施工振动控制难度大。安家庄隧道所处地貌单元为黄土高原梁峁区,洞身埋深范围内的黄土具有强湿陷性,场地的湿陷等级为Ⅳ级(很严重),暗洞地基设计为静压挤密预成孔桩。研究结论:(1)由中铁西北院自主研发的静压挤密处理方式及静压挤密机适宜于湿陷性黄土隧道地基的挤密处理;(2)若以消除桩间土的湿陷性且使挤密系数达到规范要求时,合理的桩径与桩间距分别为0.41 m、0.91 m;(3)若隧道地基的承载力满足设计要求,桩间土的最小挤密系数与平均挤密系数可小于规范的具体规定,仅以消除桩间土的湿陷性即可,此时合理的桩径与桩间距分别为0.41 m、1.2 m;(4)本研究成果可直接应用于湿陷性黄土隧道地基的挤密处理,同时还可在黄土区小空间、狭小、严格控制振动的场地应用。     

高速铁路路基粗粒土填料动静力力学特性试验研究

考虑细粒含量和含水率的影响,开展高速铁路路基粗粒土的动静力力学特性试验,分析不同静荷载和围压作用下粗粒土填料的变形和强度演化特征,研究循环动荷载作用下粗粒土的动应力-动应变特性及累积塑性变形特征.研究结果表明,含水率较高时,细粒含量、围压等因素对粗粒土强度影响不明显,含水率较低时,细粒含量10％的粗粒土配比效果最优;动...     

蒙巴萨膨胀土抗剪强度衰减特性研究

研究目的:蒙内铁路在蒙巴萨地区以深路堑形式穿越大面积的膨胀土地段,由于膨胀土具有强胀缩性、裂缝性、强度衰减等特殊工程性质,对铁路的安全运营产生较大影响。蒙巴萨地区为热带草原气候,雨量充沛,光照充足,膨胀土易在大气干湿循环作用下发生抗剪强度的衰减,造成路堑边坡的失稳。因此,有必要对膨胀土在干湿循环作用下抗剪强度的衰减特性进行研究,从而为路堑边坡的防护与治理提供参考和借鉴。研究结论:(1)干湿循环效应使土体抗剪强度降低,其中黏聚力随干湿循环次数和含水率变化范围的增加而降低,黏聚力和内摩擦角均随试样含水率的增加而降低;(2)膨胀土的黏聚力随干湿循环次数的增加而降低并逐渐达到稳定值,稳定值大小和达到稳定时的干湿循环次数与含水率的变化范围相关;(3)膨胀土抗剪强度衰减主要是由于土体内部裂缝发育和土颗粒间相互作用减弱;(4)本研究成果对肯尼亚膨胀土路堑边坡的防护和治理具有一定的参考意义。     

青海地区重塑黄土力学性能影响因素分析

为了研究黄土的抗剪强度指标与含水率和压实系数的关系,对不同含水率和不同压实系数下的重塑黄土进行了室内三轴剪切试验。试验结果表明:各种压实程度不同的重塑黄土黏聚力均随含水率呈抛物线形变化,可用二次多项式表示;内摩擦角随含水率增大呈线性减小;不论含水率的大小,重塑黄土黏聚力均随着压实系数的增大而增大,可用二次多项式表示。分析了重塑黄土力学特性影响因素,可为青海地区黄土工程的设计、施工提供指导。     

不同pH值下水泥土力学与渗透特性试验研究

为了更加全面地研究水泥土处于不同酸碱环境时的力学与渗透特性,针对湖南地区特有的红黏土,综合考虑含水率、水灰比和水泥掺入量等因素的影响,并基于正交设计方法进行一系列试验研究,得到龄期分别为3,7和28 d时水泥土的无侧限抗压强度和渗透系数,掌握了不同酸碱环境及各个试验因素对其影响规律,并利用SPSS软件对它们之间的关系进行拟合。试验结果表明:在不同酸碱环境下,水泥土均可较好地改善红黏土的力学与渗透特性;碱性环境下水泥土的无侧限抗压强度更高、渗透系数更低,酸性环境则呈相反趋势;这3种因素对水泥土无侧限抗压强度和渗透系数影响的主次顺序均是含水率→水泥掺量→水灰比,含水率是最主要的影响因素,随含水率增加试样的强度近似呈线性降低、渗透系数则明显变大;当含水率较低、水灰比较低或水泥掺入量较大时,红黏土的pH值对水泥土渗透特性影响很弱,这些因素发生改变后,水泥土渗透特性的变化规律则各不相同。     

新建红柳至一里坪铁路工程地质特征及选线研究

研究目的:新建红柳至一里坪铁路位于敦煌至格尔木铁路红柳站与柴达木盆地腹地一里坪之间,沿途经过盐沼盆地、早期湖积盆地、雅丹地貌三个地质地貌单元,交错分布有风沙、岩溶、地震、崩塌、软土、盐渍土、盐岩及盐渍岩、季节性冻土等地质现象,生态环境脆弱,水文环境、地质环境复杂多变。地质工作需查明控制线路方案的地质因素,综合分析其危害,预测其对工程可能产生的不利影响,为线路选择及工程设置提供依据。研究结论:(1)柴达木湖积盆地以盐为本,以水、风为介质,盐的搬运、沉积在相对封闭的盆地内循环不止;(2)祁连山、昆仑山坡麓一带的盐沼湖,水补给充足,湖内软土、季节性冻土、岩溶发育,难以治理,线路采用了绕避方案;(3)雅丹地区,地表多被"盐被"覆盖,部分沙漠化,采用桥方案短距离通过风沙地带;(4)早期干湖积盆地内地质条件相对较好,线路长段通过;(5)工程建设应以盐治沙,保护"盐被",保持水环境的稳定;(6)本研究可为相似地质特征的选线及工程设计提供一定的参考价值。     

地下水对董志塬黄土隧道工程性质的影响分析

地下水对新建隧道工程具有诸多不良影响,通过现场调研和资料整理,对董志塬区黄土地层性质和地下水分布特征进行系统总结,分析董志塬地下水对银西高铁隧道工程的影响。结果表明:(1)董志塬区黄土物理力学性质随地层岩性、位置和地下水位变化存在一定的差异性,含水率和液性指数从塬边南部向塬边北部依次减小,孔隙比和压缩模量从塬边南部向塬边北部依次增大;(2)董志塬区地下水位埋深在塬心浅而塬边深,北塬地下水位埋深略比南塬深;含水层厚度则在塬心比较厚,而向塬边逐渐减小;(3)董志塬区地下水对银西高铁黄土隧道工程的主要不良影响有:引发黄土湿陷性;形成软塑状黄土;导致隧道管涌、涌水、塌方、冒顶事故等。     

黄韩侯铁路黄土滑坡分布及成因分析

大面积的地质调查及勘探发现,黄陵—韩城—侯马铁路新建线段落黄土滑坡的发育存在明显的差异性,尤其是在处于陕甘宁台坳及渭汾地堑分界上的芝水沟、太枣沟,黄土滑坡成群、成带分布。区域构造单元分界处及隐伏断裂形成的地貌形态是黄土滑坡发育的控制因素,地层岩性结构特征以及黄土的力学特性,尤其是遇水后其力学性质变化也是黄土滑坡的主要原因,而该区地下水活动、大气降水、河流冲刷是滑坡的主要诱发因素。     

瘦西湖隧道下蜀黏土土水特征研究

土水特征曲线(SWCC)作为表征非饱和土吸力与含水率关系的重要参数是研究非饱和土的关键,对于膨胀土而言,土水特征曲线又是分析其膨胀性能的重要指标。本文以扬州瘦西湖隧道下蜀黏土为研究对象,通过大尺寸渗析法和气相法两种方法测量了其土水特征曲线,在低吸力范围内(0~160 MPa)曲线存在明显回滞现象。结合3种不同数学模型对曲线进行拟合分析,发现Fredlund and Xing公式拟合最为准确。利用扫描电镜分析了不同含水率条件下的细观特征,试验表明:随着含水率的增加,下蜀黏土中的蒙脱石颗粒不断吸水膨胀,从而填充土体孔隙。     

雅万高铁动车段软土物理力学特征

印度尼西亚万隆地区的软土由湖积火山灰形成。为了查明该软土对雅加达至万隆高速铁路(雅万高铁)动车段路堤工程的影响,采用现场调查、地质钻探、原位及室内试验等综合勘探手段,研究了软土的分布及物理力学特征。研究发现:该软土为黏土矿物构成的结构性土,具有含水率高、密度小、孔隙比大、液限高、有机质含量高、竖向分层显著等特点; 60 m深范围内均为中-高压缩性土,其中5～19 m、26～42 m深度处物理力学指标较差;液性指数、压缩模量、内聚力和内摩擦角与标贯击数之间具有明显的线性相关性,天然密度与含水率之间具有明显的幂函数关系;雨季期间土体强度较旱季明显弱化。