软弱隧道围岩拱顶塌方及锚杆支护效应试验研究

为研究软弱岩体中隧道开挖引起的围岩失稳破坏特征以及锚杆的加固效应,以IV级围岩为参照对象,开展一系列无锚杆和有锚杆支护条件下的隧道开挖地质力学模型试验,并对拱顶围岩的位移、应力和宏观破坏形式的发展变化规律进行分析。研究结果表明:(1)隧洞开挖后,围岩破坏始自隧道两侧拱脚,渐次向上延伸并塌落成拱;(2)由于锚杆的悬吊挤压作用及其与岩层的组合梁效应,显著减少了拱顶岩体塌落范围;(3)锚杆通过对岩体施加黏锚力,提高了锚固范围内岩体的强度和韧性,有利于增强围岩的承载能力和抵抗变形能力;(4)锚杆支护对围岩应力分布起调节作用,使得围岩能在较高的能量状态下获得稳定平衡,并延缓了围岩进入"软化"阶段。上述研究成果可为软弱隧道围岩稳定性评价以及支护结构的设计与施工提供一定的借鉴和参考作用。     

岩体隧洞开挖施工扰动以及支护变形控制研究

将地应力释放的等效节点力作为外荷载加载在开挖边界上，利用有限元软件Marc分别计算了软弱岩体和中硬岩体隧洞开挖在锚杆支护前后的位移和应力情况，通过对加锚前后岩体进行位移与应力分析，研究分析了锚杆加固对岩体隧洞开挖变形控制的影响。在锚杆加固作用下，径向位移明显减小并向远离洞壁方向移动，靠近洞壁的地方位移明显减小，可以认为锚杆支护的主要作用之一是控制围岩的变形和发展；锚杆对软岩的变形控制效果更明显一些。     

大梁隧道软岩大变形及其支护方案研究

针对大梁隧道工程地质特点,开展隧洞开挖后围岩大变形现场监测与分析,得知隧洞变形具有变形速度快、持续时间长和变形量大的特点,最大下沉量可达55 cm,最大变形速率为1.69 cm/d。通过开展岩石试样单轴、三轴压缩破坏试验,采用广义Hoek-Brown准则,确定岩体常规弹塑性力学参数;结合隧洞变形监测数据,将隧洞围岩视为具有弹塑性流变行为的连续介质,采用经验流变模型,开展有限元反演分析,得到岩体流变力学参数。根据数值仿真结果,分析隧道围岩位移、应力及损伤区分布规律,从而为支护方案修改设计和参数调整提供依据。在上述研究基础上,应用新奥法施工力学原理,提出加大预留变形量,拱顶超前注浆加固围岩,打拱脚长锚杆控制拱架整体下沉,并采用钢拱架(拱架之间采用型钢连接)+锚杆+钢筋网协同支护,构成软岩大变形洞段联合支护方案,成功解决了大梁隧道破碎、软弱围岩地段的施工与支护难题,经施工后巷道稳定性良好。     

深埋硬岩隧洞系统砂浆锚杆的加固机制与加固效果模拟方法

系统布置的砂浆锚杆是深埋硬岩隧洞主要支护结构,锚杆与围岩组成锚杆–围岩复合结构体,使围岩的力学特性得到改善。基于岩体的莫尔–库仑(M-C)屈服准则,推导锚杆–围岩复合结构体满足M-C准则的应力条件。结合岩体劣化本构模型,提出确定锚杆–围岩复合结构体力学参数的方法。锚杆与弹性围岩和屈服围岩组成的锚杆–围岩复合结构体的力学参数确定方法不同,锚杆与屈服围岩组成的锚杆–围岩复合结构体的力学参数与围岩当前状态的等效塑性应变有关。基于此提出一种模拟隧洞开挖支护过程中系统普通砂浆锚杆加固效果的数值方法。该方法能较好地模拟锚杆支护时机对围岩稳定性的影响。最后运用该方法对锦屏II级水电站2#引水隧洞围岩稳定性进行分析,为隧洞的施工和支护设计提供参考依据。     

高地应力特长大断面隧洞围岩稳定监测与分析

对大埋深高地应力大断面引水隧洞开挖围岩稳定问题,运用隧洞施工理论和监测技术与方法,充分结合工程实际,采用断面收敛仪、多点变位计、振弦式锚杆应力计等监测仪器及方法对围岩收敛变形、隧洞围岩深部变形以及锚杆轴力等围岩稳定进行监测和分析。结果表明：大埋深软L弱围岩地质条件下,隧洞会产生大变形,即使是在初期支护的作用下,净空收敛的量值和速率在测试初期也是很大：隧洞开挖效应对左右边墙锚杆的轴力变化影响较大,而对拱顶锚杆的轴力变化影响较小;洞室开挖侧墙水平应力释放容易导致高边墙产生片帮、剥落,在开挖时应加强高边墙的位移和应力监测,适时进行支护。     

中等倾角顺层边坡地下开挖失稳模式研究

研究地下开挖条件下中等倾角顺层岩质边坡的失稳模式,可为相似地形的边坡防护设计提供依据。通过UDEC数值模拟和相似模型试验分析边坡开挖后的位移数据,揭示了地下开挖条件下中等倾角顺层边坡的变形特征。结果表明:开挖区近坡顶侧的岩体所受开挖影响较大,开挖区上方岩体塌落导致坡表塌陷,并带动后方坡体产生顺层滑移。其失稳模式为坍塌—滑坡破坏,工程人员应在开挖工程中对开挖区顶部进行喷浆支护并对后方坡体进行锚杆支护防止灾害产生。     

谈破石头沟膨胀性围岩段引水隧洞施工

阐述了膨胀性土及膨胀性泥岩的基本特性及支护要求,并结合重钢西昌矿业有限公司破石头改道工程大型引水隧洞施工中膨胀性泥岩隧洞段的开挖支护经验,提出针对该类围岩隧洞的施工应坚持"短进尺、弱爆破、强支护、早封闭、勤量测"的施工理念,尽可能缩短开挖围岩的暴露时间,从而有效减少此类围岩的失稳垮塌。实践经验表明,文中介绍的施工工艺对于大断面膨胀性泥岩隧洞施工而言是合理可行的。     

软岩隧洞围岩长期稳定性研究

以某洞线穿越典型软岩砂质泥岩地层的水电站引水隧洞为例,基于卸荷岩体力学理论,采用FLAC3D有限差分程序对其施工、运行及流变过程中围岩的受力和变形情况进行模拟,结果表明:(1)分部开挖并及时支护的施工方式能够较好地控制围岩的变形;(2)隧洞开挖后,洞周围岩产生较大的指向洞中的变形,开挖面附近围岩所受压应力大大减小,但总体仍为受压;(3)后期正常运行过程中,洞周围岩的变形逐渐趋于稳定,应力也逐渐向着有利于隧洞整体稳定的方向发展,表明隧洞的长期稳定性良好。研究成果可为软岩地层中隧洞的施工安全及长期稳定性研究提供一定的参考价值。     

预应力锚杆在隧洞软岩变形段处理中的应用与施工

锦屏引水隧洞是锦屏二级水电站的主体工程,该隧洞在施工过程中揭露出绿泥石片岩软岩洞段,此洞段在高地应力及围岩自身破碎作用下在开挖支护后产生大变形,在对变形洞段处理时除了施工钢拱架、普通水泥砂浆锚杆和喷射混凝土常规支护手段外,还增加了预应力锚杆、锚筋桩及预应力锚索加固支护,增强了变形洞段支护能力,保证洞稳定安全及工程质量,文章主要浅述预应力锚杆在此工程施工中的运用。     

巷道围岩变形破坏过程中锚固力的变化规律

运用真三轴试验台，实现了锚杆支护大比例（１：４）模型试验。试验中反映出锚杆支护的围岩从开挖至失稳的全过程，即锚固围岩碎胀变形、锚固范围以外围岩碎胀变形及围岩失稳三个阶段。掌握了相应于各阶段锚固力上升、稳定、下降的变化规律，为设计锚杆支护提供了重要依据。提出可用锚杆载荷迅速下降作为围岩失稳的预警指标。     

骡坪隧道施工监控量测及其成果分析

新奥法施工的核心思想是把隧道围岩和支护结构作为一个完整的支护体系,而监控量测是新奥法施工的重要组成部分.以渝宜高速公路骡坪隧道为工程背景,基于隧道埋深大、大变形等工程特点,通过围岩变形监测、支护体系受力监测和锚杆轴力等现场监测,分析了隧道大变形段典型围岩的变形特点,得到了隧道在软弱岩体施工开挖过程中的围岩变形规律及支护...     

深埋隧道软弱围岩渐进性破坏及其锚固效应试验与模拟

针对软弱岩体中隧道开挖过程中出现的塌方破坏问题,通过室内地质力学模型试验和数值模拟,对有、无锚杆支护情况下围岩的渐进性破坏过程、岩体地表变形以及岩体内部的应力变化规律进行了对比分析,所得结论如下所述:①隧道开挖使得上覆岩层荷载向隧洞左、右两侧转移,拱腰以下岩体往往率先剪切破坏,锁脚锚杆可有效制止岩体初始剪切破坏;②围岩破坏自洞周逐渐向岩体深部发展,沿与水平面夹角为45°+φ/2的方向产生两个滑动面,并在洞顶形成一自然平衡拱,锚杆支护可有效减小岩体塌落范围;③锚杆的存在大大改善了围岩的应力状态,不仅提高了拱腰岩体剪切起裂荷载值,而且还使得拱顶岩体在破坏前可承担更大的上覆荷载;④塌落区内的岩体切向应力呈"跌落式"下降,此特征可用于判断岩体塌落范围及为隧道塌方预警服务。     

深埋隧洞TBM开挖损伤区形成与演化过程的数字钻孔摄像观测与分析

以锦屏II级水电站3#引水隧洞为研究对象,通过事先开挖的平行于引水隧洞的2-1#试验支洞,利用数字钻孔摄像技术,对TBM掘进过程中围岩的开挖损伤区进行原位测试。基于对一系列不同时段的360°钻孔全景数字图像的综合分析,给出岩体的结构特性,得到隧洞开挖全过程中围岩裂隙的产生、发展和闭合的演化过程,分析该施工条件下的开挖损伤区范围、裂隙演化与TBM施工的关系,并探讨开挖损伤区的形成和演化机制。研究成果为现场支护设计、支护时机、围岩变形特性和地质资料分析提供直接依据。     

高地应力硬脆性围岩隧道失稳机理及处置措施

为探究高地应力硬脆性裂隙围岩区隧道失稳及结构破坏机理,并提出系统的处置措施,笔者通过对在建米仓山隧道进行现场调查,分析了高地应力破碎围岩区隧道开挖引发的围岩失稳破坏的特点,并结合特定的地质条件,利用能量理论对隧道施工过程进行数值模拟,分析模拟结果得到:米仓山隧道掌子面失稳主要原因是高地应力引起的能量超过岩体的最大承受能力,而岩体破碎是导致支护破坏的直接因素。基于此,文中提出了以下处置措施:(1)降低隧道围岩体内的能量;(2)采用“短进尺、弱爆破”的方式掘进;(3)初期支护结构采用双重支护,并加强监控量测;(4)将径向锚杆更换成兼起应力释放、锚杆、注浆填充作用的径向小导管。     

乌东德水电站左岸尾水出口陡倾顺向坡变形影响因素分析

 乌东德水电站左岸尾水出口正面边坡为典型陡倾顺向坡,在施工期出现了2次变形。以工程地质条件分析为基础,以变形监测资料和声波检测资料分析为主要手段,辅以三维数值模拟计算,对其变形与边坡结构、坡脚隧洞、开挖爆破、坡内小断层、卸荷松弛的关系进行研究,进而对边坡变形的影响因素进行分析。研究认为,该边坡变形主因为顺向坡切脚,此外,脚部紧凑大断面隧洞挖空和超标准爆破扰动,在较大程度上加剧了边坡的变形,坡面出露的小断层对断层附近坡体变形加剧有一定影响。提出在脚部有大断面隧洞开挖的顺向坡施工中,洞坡交叉部位的隧洞开挖应以支护后边坡稳定为前提,再进行隧洞的分层开挖,另外,施工爆破与边坡支护在顺向坡施工过程中亦应予以高度重视与特殊控制。研究成果丰富了顺向坡稳定性研究的工程实例,为工程本身的支护设计及开挖施工提供了重要的技术支持,亦为类似工程提供可以借鉴的经验与指导。     

节理岩体中隧道开挖与地震作用下围岩的稳定性

节理、断层等不连续面的存在造成岩体变形的不连续性并且这些不连续面对岩体变形、应力等力学行为造成重要的影响。在地震的作用下节理而可能张开、滑移。在有临空面时，节理岩体将表现出显著的几何非线性和大变形。对已有的非连续变形分析程序进行了改进，应用改进的程序模拟了节理岩体中隧洞开挖的过程以及地震荷载作用下隧道围岩的动力响应，并模拟了围岩的失稳和破坏过程，这有助于了解节理岩体中隧道围岩的变形和破坏机制。从计算结果可以看出，非连续变形分析方法可很好地模拟节理岩体中的隧道开挖过程以及地震荷载作用下围岩从稳定、失稳到破坏的全过程。     

高地应力软岩隧道初支侵限诱因及控制措施研究

高地应力软弱围岩隧道施工易发生软岩大变形不良地质灾害,进一步引发掌子面失稳塌方、初支结构破坏、钢拱架弯折、初支结构侵限等不良现象,严重影响施工安全,阻碍工期。依托九绵高速白马隧道工程,结合工程特点,从围岩自身力学特性及高地应力软岩变形特征方面深入分析了白马隧道初支侵限机理,并针对此特点,提出了一套适用于软岩大变形初支结构侵限专项施工方案。研究结果表明,由于地下水的侵蚀,炭质千枚岩发生软化,岩体力学性质变差,自承能力降低,在高地应力持续作用下,围岩发生挤压大变形,进一步诱导初支侵限。变更支护方案后,6 m锚杆结合小导管注浆加固对围岩变形有一定控制作用,但6 m锚杆无法将松动区岩块锚固在稳定母体中,不能充分发挥锚杆悬吊能力,对围岩变形控制效果有限,无法满足现场围岩变形需求,建议采用8 m长锚杆。初支拆换过程中应实时监测围岩变化情况,明确围岩变化方向、速率、累计值等,并根据现场实时监测数据反馈施工,实时调整支护参数,确保施工质量。     

让压中空涨壳注浆锚杆在大变形隧道的应用

在高地应力软岩大变形隧道施工中,采用了让压中空涨壳注浆锚杆技术,通过综合应用钢质涨壳锚固、让压锚具合理滑移、垫板承托受力、中空注浆等技术,改善了系统锚杆参与受力的同时参与让压形变,合理将主动支护与被动支护相结合,有效的抑制了围岩开挖后收敛及沉降变形过大,控制了变形侵限,确保了施工安全。     

陡倾角沉积岩地层中大型地下厂房开挖围岩 变形失稳特征和反馈分析

 介绍彭水水电站地下主厂房洞室施工过程中高边墙围岩的变形破坏特征、相应的加固处理措施以及围岩监测成果等;在此基础上,开展主厂房围岩施工期的动态反馈分析。研究结果表明：对于陡倾角层状岩体中开挖的大型地下洞室群,围岩中分布的软弱结构面和岩层层面对上、下游边墙的变形与稳定起着控制性作用,陡倾角、顺向岩层组合的高边墙其变形失稳模式以典型的滑移破坏为主;而陡倾角、逆向岩层组合的高边墙则以沿层面的张裂、折断、倾倒变形后的坍塌破坏为主。通过开展施工期围岩监测反馈分析,为彭水水电站地下厂房的动态设计和信息化施工提供了重要依据。     

软弱砂泥岩锚固系统数值研究及其应用

文中针对文砚高速冲革隧道穿越软弱砂泥岩,掌子面开挖后围岩易失稳发生坍塌等问题,提出倾斜打设系统锚杆的建议。通过数值模拟软件模拟隧道施工垂直打设锚杆和使用倾斜打设系统锚杆两种支护条件下围岩的受力情况,结果表明,使用倾斜系统锚杆进行支护可以使初支与围岩联系更加紧密,具有更好的耦合性,能有效控制掌子面稳定。实际应用结果表明,使用倾斜系统锚杆进行支护,可有效控制掌子面变形,减少发生事故的可能,保障施工安全。