节理岩体中TBM掘进施工围岩稳定性及可视化分析

节理岩体的地质赋存特征含岩体结构、原岩应力场和地下水三方面,由此产生诸如破碎带、大变形软岩、富水带等恶劣的工程地质条件。TBM在节理岩体中掘进受到岩体地质特征和工程地质条件的影响,同时也对岩体造成一定的扰动,可能将导致隧道围岩发生失稳。另外,地质勘探不到位、掘进机选型不当等因素也会导致或促进围岩发生失稳。TBM掘进围岩失稳的形式主要有开挖面失稳和洞周失稳,以及二者兼有的大型围岩失稳。为了更直观地观察TBM掘进围岩失稳,文章采用自主研发的块体理论分析软件BLKLAB对节理岩体进行三维可视化建模,模拟TBM隧道开挖,并根据块体理论计算分析得到了开挖面和洞周的可动块体和关键块体。     

长白山景区棚洞结构设计及安全性研究

长白山南景区地质灾害频发,尤其是景区公路沿线边坡上部的危岩体较为发育,易发生崩塌落石灾害,对过往游客生命财产安全造成威胁。为保证长白山南景区顺利运营,拟修建棚洞对景区鸭绿江大峡谷段公路进行防护。在棚洞设计满足基本防护功能的同时融入长白山地区建筑风格的特征,使其与周围环境融为一体。并通过冲击数值模拟验算验证了设计棚洞在危岩体冲击下的稳定性,说明了该棚洞设计方案安全可行。     

倾倒式危岩非预应力锚固计算方法研究

文章在已有研究的基础上,对倾倒式危岩体非预应力锚杆的计算公式提出简化算法,并结合柳州市马鞍山危岩治理工程,验证了该计算方法的合理性和有效性。     

软弱隧道围岩锚杆支护效应的落门试验研究

在软弱围岩中进行隧道开挖,往往因岩体变形过分或局部应力集中而导致围岩失稳破坏,在实际工程中大多采用锚杆作早期支护。文章以Ⅳ级软弱围岩为参照对象,利用相似模型试验进行了锚杆支护条件下的隧道施工过程模拟,对开挖过程中围岩的渐进破坏特征、破坏模式以及锚杆的支护效应进行了研究。试验结果表明,隧道开挖将会在隧道周边形成一应力扰动区,而真正塌落成拱的只是该扰动区的一部分;由于有锚杆的支承作用,拱顶岩体的破坏呈分区破坏模式;岩体的破坏范围主要集中在隧道两侧与水平面成45°+φ/2的扇形区域内;在隧道开挖后,拱顶上方岩体的切向应力升高形成承载压力拱,主要位于距拱顶约1.0~1.25B处(B为隧道跨度)。     

完整围岩剪切型岩爆发生的力学机制

文章根据大量工程岩爆实例,总结剪切型岩爆的特征,在此基础上提出一个剪切型岩爆的简化力学模型,在考虑岩爆区岩体自身能量释放的基础上,结合Cook刚度理论对剪切型岩爆发生的物理力学过程进行研究,分析由于潜在剪切破裂面本构曲线峰后软化现象而产生的围岩结构失稳,以及失稳阶段围岩结构对外界的能量释放,对剪切型岩爆的非稳定性机制进行探讨。研究结果表明:剪切型岩爆可以看成是由于开挖应力集中作用下潜在剪切破裂面剪切错动滑移,引起自身及周围完整岩体能量突然急剧释放,导致岩爆区岩体破碎并向开挖临空面抛掷的现象。岩爆区岩体及周围完整岩体所释放的能量对剪切面的作用相当一对串联弹簧的作用效用。剪切型岩爆的发生受岩性、潜在剪切破裂角、剪切面周围岩体刚度的控制作用,是围岩受力变形过程中岩石材料力学性质渐进性劣化导致的一种能量释放驱动下的围岩状态失稳突跳现象。     

贵州某隧道工程地质条件分析研究

该隧道地处贵州高原西部,场区属溶蚀—侵蚀地貌单元。主要采用工程地质调绘、钻探等综合勘察手段进行,基本查明隧道所处场地的工程地质条件、水文地质特征、岩土体工程地质特征,对场地稳定性做出评价,场区不良地质为岩溶、危岩体及堆积体。根据地质调绘、岩样试验等成果分析,测区野外岩土体主要物理量力学试验成果及岩体完整性系数显示,施工中易发生大规模突发性涌水、涌沙、突泥等危害,应做好防排水措施设计,避免隧道内积水,保证排水通畅。分段确定围岩级别及力学指标,围岩产状平缓,顶板岩体受爆破震动易塌落,应加强围岩支护加固措施;边仰坡开挖临空易发生垮塌,应加强坡体加固防护措施,确保安全。详勘阶段加强场区工程地质勘察,进一步查明场区工程地质条件,为初步设计提供工程地质资料。     

复活老滑坡的稳定性及其治理措施研究

文章结合一老滑坡的工程实际,分析了滑坡可能复活失稳的的主要诱因,采用有限元数值分析方法建立模型,计算分析了滑坡在降雨条件下的稳定性及变形特征,并提出了该滑坡的治理措施。     

节理岩体隧道围岩稳定性判定指标合理性研究

隧道围岩失稳模式和稳定性判据一直是工程界争论的焦点,迄今没有科学合理的标准,常以洞周位移或塑性区经验值作为稳定性判定指标。洞周位移受围岩弹模、隧道形状等因素影响,而且不同部位变形值差异很大,很难找到统一标准;以塑性区作为稳定性判据优于以位移作为判据,围岩塑性化反映连续介质宏观塑性流动力学动态,而不能用于量化判定由优势结构面控制节理岩体破坏的隧道稳定性。文章结合细观节理形态和变化,通过UDEC离散元程序,研究节理岩体隧道失稳模式及量化的稳定性判定指标,探讨了细观结构机制和宏观力学行为关系。结果表明:(1)结构面极大地削弱岩体力学性质及其稳定性,结构面变形与强度性质对于隧道稳定性起着关键控制性作用;(2)节理岩体隧道扰动区可划分为脱落区、张开区和剪切滑移区,其中脱落区表征围岩失稳模式,张开区围岩处于脱落临界状态,即塌方潜在区域;(3)剪切滑移区是诱发围岩发生渐进性破坏主因,提出将剪切滑移区作为节理岩体隧道稳定性判定指标具有严格力学依据,可以定量化评价围岩稳定程度。最后,以在建兰渝铁路木寨岭隧道为例,对比了锚杆支护前后力学效应,验证了以剪切滑移区作为节理岩体隧道稳定性判定指标的可靠性、合理性和现实性。     

某高速公路落石灾害运动特征及防护网设计

文章通过对某高速公路落石灾害反演,利用RocFall软件模拟灾害发生时落石的运动路径、弹跳高度、落石运动速度等,以获得合理的坡面碰撞恢复系数、坡面摩擦角度以及坡面粗糙度,为防护设计提供计算参数依据,并结合现场调查已知危岩体的大小、位置、质量,进行落石防护设计。结果显示,设置2道5 000kJ能级的被动防护网能有效防护已知危岩体下落冲击,设计计算模拟过程更贴近于实际,可为今后类似工程提供工程经验。     

昔格达组地层大断面隧道掌子面玻璃纤维锚杆加固参数研究

昔格达组地层水稳性差,遇水后岩体工程性质迅速劣化,在该地层中修建隧道易产生围岩大变形、掌子面坍塌等灾害。文章基于岩土控制变形分析法,以成昆铁路桐梓林隧道为例,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,对昔格达组地层大断面隧道掌子面采用玻璃纤维锚杆加固的参数进行了研究,确定了锚杆的加固密度为0.65根/m~2;建立了昔格达地层隧道掌子面失稳破坏模式,由其纵向破坏深度确定了锚杆加固长度的合理取值范围为8～11 m;通过掌子面前方塑性区分布深度确定了锚杆的搭接长度为4 m。     

大跨径钢管混凝土斜靠式拱桥非线性几何稳定分析

针对斜靠式拱桥的非线性稳定问题,以拟建中的一座跨径100m的斜靠式拱桥为研究对象,采用通用程序ANSYS建立该桥的空间有限元计算模型,分工况对其成桥状态进行了线弹性和几何非线性稳定计算,对桥梁的失稳特征进行了分析,分析结果为此类桥梁的设计提供了参考。     

弱胶结软岩地层煤巷稳定性的参数影响度及其破坏特征

西部矿区弱胶结软岩地层煤巷的稳定性是目前施工过程中亟待解决的问题。煤巷失稳是岩体-煤体-岩体组合结构的整体力学行为,为此,建立了顶底软岩夹持下煤层开挖巷道的计算模型。选取各层岩体及煤体的强度、刚度、厚度参数以及埋深为影响因素,巷道顶底及两帮位移量为评价指标,设计了混合水平的正交数值试验。通过定义量化指数κ,以不同检验水平下的F统计量为标准,对各因素的影响显著程度进行了五个水平的量化分级,即:高度显著、显著、较显著、有影响和无影响。分析结果表明,在埋深一定时,煤层的刚度参数对巷道变形具有显著影响;在不同的因素水平组合下,围岩呈现顶板拉剪、底板拉剪、煤层拉剪等多种破坏形式,对进一步分析煤巷失稳破坏机理及巷道维护具有重要的参考价值。     

洋流作用下水中悬浮隧道失稳判据的研究

根据水下悬浮隧道的主要特征,将水下悬浮隧道管段简化为两端简支梁力学模型.从水中悬浮隧道受力状态分析,推导了圆形截面形式悬浮隧道在涡激力作用下,做垂直于来流方向振动的微分方程.采用平均法对振动微分方程求解,得到了悬浮隧道在定常流状态下的幅频关系.建立定常振幅失稳的双尖点突变模型,导出了其失稳判据.根据失稳判据确定了在其他条件不变的情况下洋流的临界流速.研究结果表明,水下悬浮隧道的失稳不仅取决于洋流速度和涡泄频率,而且还与悬浮隧道结构尺寸、材料性质等有关.     

隧道震裂岩体围岩分级方法初探

汶川地震产生了大量的震裂松动山体,为合理评价在这些震裂山体中新建隧道的围岩级别,通过极震区在建隧道现场震裂岩体调查,对震裂岩体特征及其对围岩稳定性的影响进行了分析。震裂岩体是一种受强烈地震波作用后,岩体结构面更加发育,层间结合更差的一种岩体;并且硬质岩和软质岩的震裂特征不同,硬质震裂岩体易产生集中式张裂缝和松动,软质震裂岩体易产生体积式松弛变形。在此基础上,提出了岩体震裂等级,划分为轻微、中等、强烈三种级别,并建立了震裂岩体围岩分级的修正方案,即:轻微震裂岩体对围岩稳定性影响不大,可不考虑降低围岩级别,或者降低0.5级;中等震裂岩体对围岩稳定性有不利影响,围岩级别降低0.5～1级;强烈震裂岩体对围岩稳定性影响极为不利,围岩级别降低1～1.5级。     

红层路堑边坡开挖失稳分析及对策

文章通过对某高速公路红层区段施工过程中出现的失稳边坡调研,总结了该公路红层路堑边坡的开挖失稳类型,初步分析了边坡的失稳机制,并提出了相应的加固补强措施。     

随机块体对泰山抽水蓄能电站地下厂房稳定性的影响分析

关键块体的稳定性决定着岩体地下洞室的整体稳定性,因此确定洞室围岩关键块体的位置、大小以及关键块体失稳模式对控制及预测洞室的安全性至关重要。泰山抽水蓄能电站地下厂房围岩受到不连续面切割,存在稳定性问题,故对其长期稳定性进行了深入研究。在获得研究区节理裂隙产状概率特征的基础上,采用赤平极射投影法确定该区地下厂房概率最大失效模式,搜索厂房区关键块体的位置,并对其长期稳定性进行分析预测,给出关键块体安全性的定量指标。同时将强度折减法与关键块体理论相结合,对地下厂房长期稳定性及风险进行了有效预测,研究成果可为泰山抽水蓄能电站后续加固方案的制定提供借鉴与依据。     

桥梁基础施工中的不良地质技术处理探讨

本文结合某特大桥工程施工实例,通过工程地质勘察结果,阐述了桥区不良地质体类型主要有大型节理及卸荷裂隙(L)、岩溶(Y)、危岩体(W)、崩积堆积体(B)及塌落体(T)。鉴于本工程溶洞和裂隙危害桩基施工,针对此提出一系列的施工技术措施。     

滑坡体稳定性的有限元数值计算分析

文章依托某滑坡体工程,采用有限差分方法构建了滑坡体数值计算模型,并基于有限元强度折减法探讨了滑坡体在自然状态及加固后状态的稳定性。研究结果表明:采用有限元强度折减法计算滑坡体稳定性时,以塑性区贯通失稳判据与特征点位移突变失稳判据所计算出的滑坡体稳定系数是基本一致的;采取抗滑桩加锚索的支护措施能够很好地加固滑坡体,使得滑坡体稳定系数有较大的提高,且滑坡体顺坡方向最大位移也大大减小。     

高速公路路基路面病害防治理论与方法

文章从边坡结构失稳、路基实体形变以及软土基层沉降等方面,介绍了高速公路路基路面的常见病害特征,分析了病害形成的原因,提出了路基路面病害的防治措施,并结合工程实例,验证了该路基路面病害防治理论与方法的正确性和可行性。     

深埋隧洞岩爆的抽样概率预测方法

随着我国地下工程建设逐步向深部发展,大量岩体工程受到岩爆灾害的威胁。因此,岩爆预测方法的研究对于施工过程的灾害控制和施工参数的正确确定具有重要意义。然而,岩爆的发生具有一定的随机性,导致其随机发生的一个很重要的因素是由实际工程岩体的非均质特性导致的岩体力学参数的随机性。鉴于此,文章基于不确定性的可靠度理论与数值计算手段相结合的方法,提出了一种深埋隧洞岩爆的抽样概率预测方法。首先,将岩体力学参数视为随机变量,通过室内试验并结合Bayes方法获得力学参数的分布类型及其数字特征;其次,利用可靠度理论中的蒙特卡洛方法,通过随机抽样构建一组数值计算样本;最后,对样本进行数值分析,并对样本数值计算结果进行统计,从而获得岩爆发生的概率。采用该预测方法,对锦屏二级水电站3#试验洞F支洞的岩爆案例进行了分析和预测。结果表明:预测分析结果与实际岩爆情况一致,且该方法简单实用,可为深埋隧洞岩爆预测提供有益的参考。