基于地应力测试的公路岩爆预测技术研究

地应力是由于地质构造形成的岩体内部的应力,其分布异常经常造成隧道施工的岩爆危害.利用常用的水压致裂法,获取了某公路隧道最深处的地应力分布特征,最大水平主应力值σH=15.87MPa、最小水平主应力值σh=11.25 MPa、自重应力值σv=13.50 MPa.在此基础上,利用工程岩体分级标准判别法、Russenes判别法、Turchaninov判别法、Hoek判别法等4种岩爆判别法对其进行了定性或定量评价.各方法均认为该隧道不存在产生岩爆的可能,该地应力条件下隧道施工是安全的.该方法体系可供类似隧道的岩爆评价作为参考.     

基于RMR岩体分级系统的TBM掘进性能参数预测

为解决由于地质条件原因造成TBM掘进效率低下的问题,基于吉林引松供水工程建立的TBM数据库,提出应用RMR岩体分级系统对TBM的掘进性能参数进行预测。通过回归分析的方法分别建立了RMR与TBM性能预测参数掘进速率(PR)、施工进度(AR)、利用率(U)以及贯入度指数(FPI)的经验公式。研究结果表明:RMR与PR、AR、U均呈现二次相关关系,RMR与FPI为线性关系,且相关系数均大于0.7;当RMR=50~70时,岩体具有较好的可掘性;当岩体条件较差(RMR30~40)或者岩体条件极好(RMR70~80)时,岩体的可掘性均较差;吉林引松工程TBM掘进的平均利用率为22.36%,与地质条件相关的停工时间约占总工期的25.97%。     

TBM施工隧洞围岩分类方法的探讨

针对TBM施工隧洞中的围岩分类问题,指出TBM施工条件下的隧洞围岩分类应针对围岩的可钻掘性,充分考虑影响TBM掘进效率的主要工程地质因素,提出了在《工程岩体分级标准》围岩稳定性基本分级的基础上,依据岩石的单轴抗压强度、岩石的耐磨性和岩体的完整性,将TBM施工条件下的隧洞围岩分为A(好)、B(一般)、C(差)3个级别,对于当今隧洞围岩分级方法的进一步发展,以及提高我国TBM施工隧洞的设计和施工水平具有一定的实用价值。     

禹登高速公路槐树坪隧道岩体质量评价研究

为选择合理的开挖、支护方式,对禹登高速公路槐树坪隧道进行岩体质量评价。在阐述该隧道工程地质条件的基础上,先后用BQ分级法、RMR分级法和Q分级法对岩体参数进行评分及岩体级别确定。通过岩体声波测试和岩石力学试验,基于Hoek-Brown准则从而预测岩体的力学参数,为岩石工程设计和施工提供了依据。     

二氧化碳致裂技术的应用研究

二氧化碳致裂技术是利用液态二氧化碳瞬间气化膨胀产生巨大压力作用于介质,使岩体产生裂隙并使岩体内部裂隙得到扩展的破岩技术。首先对二氧化碳致裂器的构造、原理进行了阐述,提出二氧化碳单耗概念。在某土石方工程现场开展二氧化碳致裂试验表明:二氧化碳致裂相比于炸药,爆破效果好,产生的振动小,安全性高,破碎岩体块度较大,粉尘及炮烟量减少50%,无有害气体产生,安全性高;试验证明单耗为0.26kg/m3的CO2致裂破碎效果相当于炸药爆破时单耗0.15～0.2kg/m3之间的爆破效果,单根"95"型致裂器具有的能量与339g TNT所具有的能量相当。     

中欧规范岩体抗剪强度参数确定方法比较研究

对我国岩体分级常用规范《工程岩体分级标准》（GB/T 50218—2014）中的BQ分级系统与国外岩体地质力学RMR分类方法、巴顿Q系统分类方法进行比较分析，阐明三种方法在岩体分级评价时的评价过程和评价特性；结合国外在建某高铁项目，对项目某段路堑边坡岩体的分级和强度参数进行评价。结果表明：岩体质量分级（BQ）和RMR分类方法为定性与定量相结合的方法，而巴顿Q系统分类方法主要为定性分析方法。三种方法对砂岩夹泥岩岩体评价结果分别为Ⅱ级、Ⅱ级和Ⅲ级，对砾岩夹泥岩岩体评价结果分别为Ⅱ级、Ⅲ级和Ⅲ级。在对路堑边坡岩体强度参数进行评价时，岩体质量分级法（BQ）所得岩体黏聚力与最终采用值相近，而岩体地质力学RMR分类法和巴顿Q系统分类法确定的岩体黏聚力分别为最终采用值1.4～2.7倍和0.4～0.6倍；岩体内摩擦角与最终采用值相比分别偏大8.7%～52.2%、偏小9.4%～43.5%。     

TBM施工条件下隧洞围岩分级方法研究与应用

隧洞围岩如何分级(或称分类),才能满足TBM施工条件下的隧洞施工需要,是一值得研究的问题。结合大伙房输水工程对TBM施工条件下的隧洞围岩分级,主要针对工程岩体的可掘进性进行研究,并在此基础上进行支护结构设计,这对TBM隧洞围岩的分级方法进一步研究和TBM隧洞施工都有利。     

基于掌子面结构量化的公路隧道围岩分级方法

公路隧道围岩级别的划分是指导隧道设计、施工及地下工程岩体稳定性评价和安全风险控制的重要依据,目前在设计和施工中对隧道围岩级别的判定方法具有较多的经验性因素,且在实际隧道工程中各级围岩的稳定性情况极为复杂,即使是同一级别的围岩,隧道稳定性也不尽相同。为了实现施工阶段围岩分级的可操作性与准确性,通过研究在公路隧道开挖时采集的隧道掌子面图像,利用MATLAB编程建立了照相测量围岩分级系统。根据岩体块度指标RBI的概念,向隧道轮廓线依次布设19条虚拟测线,以掌子面径向19个方位的RBI值综合评价了掌子面岩体结构的差异性。考虑结构面分布特征,结合掌子面节理玫瑰花图获取岩体结构综合量化指标Z-RBI,对掌子面进行了综合评价,得出了Z-RBI与岩体结构类型对应关系。综合考虑岩体坚硬程度、Z-RBI、地下水条件、初始地应力状态等主要分级指标,利用层次分析法,提出了隧道围岩BT分级方法及评价标准。实际工程应用表明:与传统的BQ法相比,BT分级方法获取的围岩等级更符合开挖后掌子面围岩的实际等级,且各等级可靠指标的延续性可对隧道施工过程中地质属性的变化情况进行定量表征,有助于工程地质人员据此对围岩质量的渐变过程进行动态评估。     

高海拔高烈度区公路边坡岩体质量评价研究

四川藏区公路地处高海拔、高烈度地区,公路沿线边坡岩体受低温冻融效应以及构造断裂作用的影响,节理裂隙发育,岩体质量变化较大,为地质灾害高发区。因此选取结构面特性、岩体结构、地层岩性及组合特征、地形坡度、坡体结构、植被发育度、冻融环境特性和构造断裂带这8个因子作为岩体质量分级评价的基本指标,以此为基础建立了高海拔高烈度区公路边坡岩体质量分级评价体系,提出了"岩体质量指数RQI"方法。结合对四川藏区公路沿线边坡岩体质量的调查,运用该体系对四川藏区边坡进行了稳定性评价适用性分析。该评价体系的定量评价与现场的定性分析总体一致,取得了较好效果。     

岩体质量分级Q系统在某地下储油洞库设计中的应用

Barton于1974年首次提出了岩体质量分级Q系统,在许多国家得到了广泛应用,经过多次修正、完善,现已成为目前国际上最流行的岩体分级系统之一。文章基于2002版Q系统的支护设计,并结合某地下储油洞库工程应用实例,验证了Q系统可成功地应用于地下储油洞库,并在实际工作中,就Q系统应用时的具体参数取值遇到的问题进行了合理解释。工程伊始,同时采用RMR系统和Q系统2种岩体质量分级系统,可建立Q与RMR的关系式,利用RMR系统确定岩体自稳时间,从而为合理确定支护施作时间提供指导,为保证应用Q系统的正确性,建议有经验的地质工程师在现场对岩体质量进行评价。     

基于遗传-径向基函数神经网络的公路隧道围岩定级方法

围岩分级准确与否直接关系到隧道的施工安全和工程造价。针对现阶段围岩分级方法存在的主要问题,结合宁绩高速公路隧道群施工期围岩定级实践,以国标BQ分级为基准,在大量现场测试和室内试验的基础上,引入径向基函数神经网络,并以分级结果作为遗传-径向基函数神经网络的训练样本,建立了隧道围岩分级的遗传-径向基函数神经网络模型。应用实例表明,该模型分级结果与现场勘测基本一致,为隧道围岩分级提供了一种新方法。     

围岩模糊信息分级模型在软岩隧道中的应用

针对软弱围岩隧道的施工,如何准确的进行围岩分级,对隧道的设计和安全施工意义重大。从国内外的应用来看,各种方法因为具有各自的适用性,很难保证结果的客观性与准确性。通过引入模糊数学方法,结合十漫高速公路软岩隧道的围岩特点,应用RMR分级系统的评分标准对岩石样品进行评分,进而建立围岩模糊信息分级模型,对围岩评分结果进行进一步的分析运算,从而使结果更具客观性。通过龚家垭隧道围岩样品实例验证,该法所得的结果与实际情况相差不大,具有较高的可信度。     

云桂线富宁隧道围岩分级变更分析

为提高隧道勘察围岩分级的准确性,减小施工阶段围岩变更率,对云桂线富宁隧道围岩分级变更进行分析,主要结论与建议如下： 1）造成该隧道围岩分级变更的主要原因是物探解译不准、岩溶发育、岩体层间挤压破碎和地下水发育,其中物探解译不准的原因有异常段飘移、断层破碎带解译过宽及解译错误等; 2）岩溶发育造成的变更量也较大,应重视可溶岩段围岩分级的确定,避免出现长段高围岩分级; 3）因岩体层间挤压破碎及地下水发育造成的围岩变更率一般较小,需在施工阶段结合超前地质预报进行变更; 4）地质条件复杂的长大深埋隧道采用可控源音频大地电磁法是适宜的,但应解决物探解译过程中存在的问题,布置钻孔对物探异常区进行验证,提高解译精度; 5）目前采用的综合勘察手段仍是确定铁路隧道围岩分级的主要方法,施工中应重视超前地质预报及施工地质工作。     

清除高陡边坡危岩体施工中锚拉预应力钢丝绳应力特征研究

依托珠海市某中学后山边坡崩塌防治工程，对岩体加固的预应力钢丝绳的应力应变进行了监测分析。通过对4个典型的危岩体钢丝绳应力的监控，得出钢丝绳的受力随危岩体逐层破解过程中的变化规律，分析了锚拉钢丝绳在危岩体逐层破解过程中的工作状态，确保施工过程中危岩体处于稳定状态，清除了施工过程中的安全隐患。     

基于三维重建与Unet神经网络的隧道掌子面围岩快速分级技术

围岩等级是确定和调整隧道施工方案的重要依据,为减少由于施工实际围岩等级与地勘不符造成的经济损失、安全事故等问题,可对传统围岩分级方法进行改进。依托云南文麻高速大法郎隧道,采用三维重建、图像拼接、Unet神经网络等技术,结合围岩单轴抗压强度等特性,实现基于岩体完整性和强度特征的掌子面围岩结构面特征识别和围岩级别快速评价。先采用数码相机对隧道掌子面及周边硐壁进行图像信息采集,建立完整的三维模型,后通过投影和图像拼接得到掌子面高清拼接图像; 基于Unet神经网络对掌子面图像进行节理迹线自动识别,对节理评价指标计算后得到隧道掌子面完整性信息; 最后结合其他围岩特征信息,基于BQ分级方法进行掌子面围岩分级。研究结果表明： 该围岩分级方法可获得清晰的掌子面图像,在依托工程现场较原始设计分级更符合现场实际情况,具有良好的应用性。     

超大跨度扁平地下洞室变形控制标准研究

为解决目前超大跨度扁平地下洞室(跨度大于50 m)变形控制尚无明确规范的问题，基于某工程实例，采用理论解析与数值模拟相结合的方法，对大跨洞室变形控制标准进行研究。以围岩应变作为岩体强度指标评判大跨洞室稳定性，建立洞室拱顶沉降量S与围岩极限应变ε的关系，并提出以“沉降跨度比”作为大跨洞室沉降变形控制指标，给出适用于各施工阶段的变形控制标准，并建立变形控制标准分级管理办法。研究结果表明：1）大跨洞室沉降变形允许值与洞室几何形状、围岩强度特性相关；2）结合本工程大跨洞室“分部开挖-预留岩柱”的开挖方案，洞室变形主要发生在大跨洞室阶段。     

基于数值模拟的路堑边坡楔形体破坏机理研究

依托某楔形体滑坡工程,基于FLAC3D开展路堑边坡楔形体破坏机理数值模拟研究。结果表明:边坡后缘主要是受拉张破坏,前缘和侧滑面主要受剪切破坏,底滑面和侧滑面为边坡抗滑的主要结构面,侧滑面的主要作用是切割岩体使之成为独立的块体,具备产生楔形体滑动的必要条件,主滑面的连通性和强度是楔形体边坡稳定性的制约因素。     

TBM施工超硬岩分类指标和确定方法研究

超硬岩分类指标和确定方法是TBM施工围岩分类需要关注的重要问题。完整岩体中隧洞施工，岩石坚硬程度和摩擦性是影响TBM掘进状态的主因。基于国内外TBM掘进预测模型和典型工程实测数据，重点分析岩石单轴抗压强度与TBM净掘进速度、现场贯入度指数的关系和敏感性，分析岩石摩擦性和TBM刀具磨损程度，讨论适用于划分超硬岩类别的阈值。综合分析岩石坚硬程度和摩擦性对TBM施工的影响，提出2类超硬岩划分标准： 一类是单独由岩石坚硬程度决定的超硬岩（H₁），建议按单轴抗压强度UCS>200 MPa确定； 另一类是由岩石坚硬程度和摩擦性共同决定的超硬岩（H₂），建议按单轴抗压强度UCS>150 MPa且摩擦性指数CAI>4.0确定。     

国内隧道常用围岩分级方法的优缺点及其优化建议

介绍了三种常用的隧道围岩分级方法（RMR法、Q法和BQ法），并对比分析了各自的优缺点，针对RMR法和Q法的RQD取值，软岩中Q法的SRF取值以及BQ法的K₂，K₃修正系数取值，提出了改进方法。