乌鞘岭隧道千枚岩变形难题攻克

近日，中国科学院院士、同济大学地下建筑与工程系教授孙钧一行，来到兰武二线重点控制工程——乌鞘岭隧道9号斜井考察，称赞中铁隧道集团在施工中攻克了千枚岩变形难题。     

典型千枚岩高边坡稳定性分析及支护设计优化

十天（十堰—天水）高速公路安康段K57+265~+325路堑边坡为一典型千枚岩高边坡。原4级支护结构失效而产生滑塌,后更改为9级支护设计。对边坡滑塌成因进行了分析,运用Geo Slope通用岩土体软件对原设计方案和更改的设计方案进行了稳定性验算,并以这两种支护设计方案为基础分别在边坡级数、坡比、平台宽度、抗滑桩的布设位置及锚杆（索）长度等方面进行了支护方案的优化设计,给出了更为合理的6级支护建议。     

含石量对千枚岩土石混合体剪切特性影响的颗粒流数值模拟

以湖北宜巴高速咸池沟大桥下游处渣场中的千枚岩弃渣为研究对象,结合室内大型三轴试验,基于离散元软件PFC 3D,建立了大型三轴剪切试验数值模型,从宏观和细观角度分析了含石量对土石混合体剪切特性的影响以及试样变形破坏的机理。试验结果表明：试样的内摩擦角随含石量的增加而增加,黏聚力则随着含石量的增加呈现出先增加后减小的趋势,在50%含石量处取得最大黏聚力;剪切过程中试样的体应变表现为先剪缩后剪胀,含石量越高,剪胀性越强;从细观尺度上揭示了土石混合体在剪切中变形破坏的机理,初期的剪缩是由于加载板向下移动,试样被压密、高度减小所致,剪切中后期试样中部的颗粒朝向与竖直方向呈约45°的方向向两侧运动,形成两个共轭剪切带,试样在宏观上表现剪胀,随着含石量的增加,试样中部颗粒运动的速度更快,宏观表现出的剪胀性越显著。     

基于D-P准则千枚岩变形破坏统计损伤本构模型研究

在分析岩石变形机理基础上,选用Drucker-Prager准则和推广的Lemaitre应变等价性原理,在统计损伤变形理论基础上考虑岩石初始损伤阈值,建立能表达绢云母千枚岩变形破坏全过程的统计损伤本构模型,对岩石三轴围压条件下应力-应变曲线进行拟合。引入损伤修正参数q对完全破坏阶段的变形过程进行修正,利用公式法代替传统比较法所得到的参数;修正后模型能更好地反映绢云母千枚岩处于完全破坏阶段变形特征,常规物理力学试验即可得到相应模型参数。探讨不同围压下分布参数对本构模型影响,验证该模型的准确性和可行性。     

层状千枚岩隧道地震动力响应不对称性研究

为研究不同层理面倾角的炭质千枚岩对隧道结构地震动力响应特征的影响,依托汶马高速卓克基隧道,对现场采集的炭质千枚岩试件进行了轴向压缩试验,并基于有限差分软件FLAC 3D,建立了单轴压缩试验的数值模型,对层状地层基质岩体和层理面的各项力学参数进行了敏感性分析.结合千枚岩试件的轴向压缩试验结果,对地震模拟计算需要的层状岩体...     

乌鞘岭隧道岭脊段控制千枚岩大变形快速施工

 针对乌鞘岭隧道岭脊段高地应力千枚岩大变形，通过对施工方案不断优化，对施工工艺不断改进，并制定各工序标准耗时，同时进行严格的施工组织管理，得到了在高地应力条件下能较好控制软岩（千枚岩）大变形的一整套快速施工技术。着重介绍了乌鞘岭隧道岭脊段控制千枚岩大变形的快速施工指导思想、施工方法、施工工序、各工序标准耗时及各工序间距控制标准。     

新乌鞘岭隧道千枚岩地段斜井转正洞垂直挑顶施工技术

以兰张三四线新乌鞘岭隧道千枚岩地段挑顶为例,介绍千枚岩地段斜井转正洞垂直挑顶的施工技术。斜井转正洞段往往因其结构形状特殊、受力状态复杂而出现应力集中现象,施工不当极易引起塌方,传统施工方法存在工期长、安全风险控制难度大等缺点。新乌鞘岭隧道部分段落为大变形的千枚岩Ⅶ级风险段落,采用垂直挑顶施工技术,通过设置临时门架进入正洞开挖,在临时门架保护下进行正洞上台阶支护施工,无需反向扩挖,减少对围岩的扰动,有效控制围岩变形,确保千枚岩地段斜井转正洞的施工安全。     

软弱千枚岩隧道施工病害及防治措施分析

软弱千枚岩具有易风化、遇水软化、自承能力低等性质。通过对大量软弱千枚岩地层中隧道建设案例的分析研究,揭示了软弱千枚岩隧道围岩变形具有瞬时变形量大、变形持续时间长、累计变形量大、变形分布不均匀等特性,施工中易发生掌子面滑塌、初支开裂掉块、围岩大变形甚至侵限等工程事故,严重威胁现场施工安全。结合新奥法施工理论,从地质超前预报、超前支护、开挖方式、初期支护和二次衬砌等施工全过程各个环节对软弱千枚岩隧道施工技术进行优化。     

全风化千枚岩复合改良土路用性能

为了充分利用全风化千枚岩作为路基填料,设计了红黏土掺和比分别为0、20%、40%、60%和100%,水泥掺量分别为0、3%和5%的组合改良方案,开展了改良土的界限含水率、抗剪强度和无侧限抗压强度试验,分析了改良土的路用性能。试验结果表明：当水泥掺量分别为3%与5%时,复合改良土的液限均低于40%,符合路基设计中液限低于40%的控制要求;改良土的黏聚力随红黏土掺和比与水泥掺量的增大而增大,内摩擦角随红黏土掺和比的增长先增大后减小,随水泥掺量的增大而增大,但两指标在水泥掺量大于3%时增长幅度较小。改良土路基极限承载力计算结果表明：5%水泥改良全风化千枚岩路基极限承载力仅为725.3 kPa,红黏土掺和比为40%改良全风化千枚岩路基极限承载力达到2 198.3 kPa,分别是全风化千枚岩路基承载力的2.34和7.10倍,因此,红黏土改良效果优于水泥;经过比较可得红黏土掺和比为40%,水泥掺量为3%是合理掺和方案,在28 d养护后,路基极限承载力计算值为4 247.7 kPa,液限为32.7%。微观机理分析结果表明：红黏土颗粒小于全风化千枚岩颗粒,当红黏土掺和比大于40%时可以包围千枚岩颗粒的点-点接触,增加了接触点数与接触面积,从而大大提高了改良土路基的极限承载力。无侧限抗压强度试验结果表明：优化方案改良土7 d无侧限抗压强度为487.25 kPa,满足铁路路基设计要求。     

乌鞘岭隧道大台深竖井千枚岩地层钻爆设计及施工

针对乌鞘岭隧道大台竖井在井身掘进过程中遇到的爆破进尺不佳难题,通过对爆破器材、孔眼深度及掏槽方式进行比选,得出了一套在千枚岩地层进行竖井掘进时的深孔爆破参数,并取得了显著成效,使得爆破进尺由原来的1.8～2.2m提高到3.2～3.8m,确保了大台竖井成井工期目标。