黏土化蚀变岩与断层泥质物的工程性质对比研究——以孟底沟水电站工程为例

通过对黏土化蚀变岩和断层泥质物X射线粉晶衍射、颗分、水理性及抗剪（断）强度等的试验研究，对比分析了黏土化蚀变岩与断层泥质物的工程地质特性。试验结果表明：黏土化蚀变岩中主要含有伊利石、高岭石、蒙脱石等黏土矿物和石英等，其次为碳酸盐和长石等，其矿物组成、成分与断层泥质物具有相似的特征；颗分及水理性试验显示，黏土化蚀变岩与断层泥质物都以黏土质砾为主，少许为黏土质砂，且二者具有相同的抗剪（断）强度；黏土化蚀变岩按结构面性状可划分为岩屑夹泥型。该研究为划分黏土化蚀变岩的工程性状、评价其可利用性等提供了可靠的依据。      

西部建设中的软岩工程问题

软岩是一种特定环境下的、具有显著塑性变形的复杂岩石力学介质，给地下工程建设带来若干岩石力学问题，尤其是大中型水电工程建设中的高应力软岩尤甚。在西部、特别是西南地区大中型水电站中，地下洞室遇到的高应力软岩则是最为突出的问题之一，它的存在使本身完整坚硬的岩石呈现出工程软岩的特性。重点介绍了二滩水电站地下厂房开挖建设巾出现的高应力软岩问题、处理措施、效果及建议，同时提出了溪洛渡、锦屏一级水电站地下洞室开挖中可能出现的软岩工程问题。     

节理软岩压缩破坏后崩解特性试验研究

为了解压缩破坏后节理软岩的崩解特性,对节理软岩进行了三轴压缩破坏试验,得到节理软岩压缩破坏后的试样,通过表面裂缝描图得到破坏试样的宏观裂隙特征,CT扫描得到破坏试样的微观裂隙特征。以压缩破坏后的节理软岩为研究对象进行室内干—湿循环崩解试验,根据试样的崩解率和相关崩解破坏机理,研究节理软岩压缩破坏后的崩解特性。试验结果表明:压缩破坏后的节理软岩一次干—湿循环后的崩解率可高达36.51%,其崩解速度远大于完整软岩。崩解速度最大的试样第一次干—湿循环后的崩解率高达36.51%,而崩解速度最小的试样第一次干—湿循环后的崩解率只有3.16%,几乎不崩解。分析表明节理软岩压缩破坏后的崩解特性是由岩样压缩过程中产生的微观裂纹和宏观节理裂纹共同决定的,且受荷破坏形成的宏观裂纹越多、裂纹越长、裂纹交叉越多则崩解速度越快,崩解性越强。黏土矿物成分占比是决定软岩崩解性和崩解类型的主要内在因素,蒙脱石、绿泥石、伊利石等黏土矿物会加快软岩崩解速度。     

东深供水工程高边坡结构特征及其膨胀性研究

通过对东深供水工程金湖高边坡泥质软岩的结构特征和膨胀性的研究,初步分析了泥质软岩的宏观和微观结构特征、矿物成分、膨胀特性,讨论了不同膨胀势的判别准则对泥质软岩膨胀性判别结果的影响.并通过分析岩土体结构面强度(残余强度)衰减和开挖卸荷膨胀引起的强度弱化,来反映土体结构和膨胀性对岩土体工程性质的影响.结果表明,这种分析方法能较好地体现风化泥质软岩结构特征和膨胀性对高边坡稳定的影响.     

南水北调中线工程总干渠潞王坟试验段膨胀岩工程地质特性研究

 从工程地质的角度对南水北调中线工程总干渠潞王坟试验段膨胀岩工程地质特性开展了分析研究 : 结合潞王坟试验段详细勘察和现场开挖过程的施工地质资料,分析了试验段膨胀岩的成因及宏观分布特征,研究了膨胀岩的矿物化学成分、膨胀性、天然含水量及密度、强度特性等。试验结果显示,泥灰岩一般具有弱膨胀潜势,黏土岩具有弱 中等膨胀潜势,其中个别具有强膨胀潜势;膨胀岩在干湿交替、胀缩变形条件下强度降低,岩体吸水后膨胀,在膨胀力的作用下,渠道衬砌将会被破坏。因此,渠道施工时对膨胀岩应采取相应的处理措施。     

引红济石引水隧洞软岩变形特征及TBM施工控制

针对引红济石引水隧洞软岩变形情况,分析隧洞变形的主要影响因素。通过变形软岩试验,对矿物成分进行分析、天然密度和天然含水率测试及崩解性试验等综合分析得出隧洞挤压变形的主要原因。提出了变形软岩的加固方法及TBM在变形软岩中的施工控制措施,有效地解决了施工难题,可为类似工程的施工提供借鉴。     

软岩隧道支护机理及工程实践

探讨软岩隧道失稳原因、破坏特征及其形成的力学机制，分析现行的各种支护方法的作用机理。根据工程地质观的软岩隧道的支护理论，确定工程实践中合理的支护方法。     

凝灰岩水理性及相应隧洞围岩失稳防治技术综述

凝灰岩强度与变形属性受水的影响显著，研究掌握其水理特性对于评判由水的作用而导致的围岩失稳风险并提出针对性支护措施具有重要意义。通过收集整理与凝灰岩相关的研究成果，梳理了凝灰岩主要成分占比、细观结构和基本物理参数，总结了凝灰岩产生软化、膨胀与崩解等特性的原因，论述了凝灰岩地层隧洞工程灾害防治理念与措施。最后对后续凝灰岩研究重点及相应工程措施进行了展望。研究结果表明：(1)凝灰岩内部蒙脱石、伊利石、高岭石的含量，孔隙结构以及风化侵蚀程度的差异是导致凝灰岩水理特性复杂的主要因素；(2)物理及化学作用是造成凝灰岩膨胀的主要原因；易溶矿物水解、黏土矿物水化反应、离子交换作用会引起凝灰岩结构性丧失而崩解；(3)支护、加固以及阻隔水是防治凝灰岩地层围岩失稳的有效措施。     

软岩中TBM停机状态下岩机相互作用规律研究

在软岩环境下使用TBM施工时,遇卡机等事故处理和设备检修更换常需TBM停机,预留变形量和停机时间是TBM安全运行的关键。依托白龙江引水工程六盘山泥岩隧洞,根据实际地质条件、隧道结构和TBM施工流程,采用数值计算的方法研究了TBM停机状态下围岩的变形特征及其与护盾的相互作用,并分析了合理的预留变形量和停机时间。结果表明：(1)该工程砂质泥岩为极软岩,流变性显著且服从Cvisc和Burgers模型,预留足够的变形量和快速掘进可保证TBM安全通过;(2)在停机期间,围岩变形具有显著时空效应,变形先快后慢,垂直位移大于水平位移,护盾后部围岩位移大于前部;(3)岩机相互作用的时空效应表现为,自下而上、由后至前,相继经历无接触-局部接触-完全接触-强烈挤压的过程;(4)预留变形为10 cm时的TBM安全停机时间不宜超过7 d。研究成果对认识软岩中TBM停机期间岩机相互作用具有理论参考意义。     

富水软岩巷道变形特征及其控制方法研究

富水条件下,软岩巷道的变形规律和失稳状况愈加复杂,给矿井的安全生产带来了更大的隐患。为了解决这一问题,以软岩饱水状态下的力学实验及现场实践研究为基础,分析了富水软岩巷道变形特征,探讨了富水软岩巷道的控制方法。研究结果认为:软岩巷道对水的敏感性极强,在富水条件下施工需要采用隔离水和封堵水结合的防水措施;对于富水软岩巷道控制关键在于二次支护时及其刚度耦合。     

卡拉贝利水利枢纽工程联合进水口软岩高边坡稳定设计

卡拉贝利水利枢纽工程联合进水口高边坡最大高度为113 m,边坡岩体易风化、遇水软化,岩石饱和抗压强度仅0.8 MPa。在经常遭遇高烈度地震、常年受水体淹没浸泡且每年都经历水位大幅升降的情况下保证百米级软岩边坡稳定,是设计中的难题。考虑左侧边坡开口线附近是阶地,边坡设计采取以开挖为主的"强开挖、弱支护"设计原则,即用缓于岩石水下稳定边坡坡比开挖,确保边坡在地震、岩石饱和状态及水位降落工况下均不会整体失稳。针对岩石易风化软化特点,要求开挖后立即素喷混凝土保护岩石,减少岩石暴露时间,随后挂网喷锚支护控制边坡局部掉块和表层滑动,运行时控制水库水位消落,以保障边坡安全。研究结果为其他强震区临水软岩高边坡设计提供了参考。     

温度影响下水电站引水隧洞围岩参数试验研究

为了分析岩体热力学参数随温度的变化机制,以某引水隧洞花岗岩为研究对象,通过室内试验分别对岩石的导热系数、比热、热膨胀系数、弹性模量和泊松比等主要热力学参数进行了量测,并对其变化机制进行分析。研究结果表明:(1)花岗岩导热系数随温度变化呈近似抛物线形式,临界温度约为20℃,且低温对导热系数的影响程度较高温时大;(2)在温度变化的条件下,花岗岩比热和热膨胀系数均随温度的升高而增大,具有很好的线性相关性;(3)花岗岩弹性模量随温度的升高大致呈负指数降低;(4)花岗岩泊松比随温度的升高而增大,具有很好的线性相关性;(5)岩石随着温度的变化存在四种效应,即冰融蒸发效应、热胀效应、矿物质变质效应、内部黏结强度减弱效应。     

西藏紫金山危岩特征及稳定性和运动特性研究

危岩是山区常见的地质灾害类型之一,危岩失稳-崩塌后的运动特性难以预测,危害很大。为了探讨危岩的稳定性和运动特性,以西藏紫金山危岩为例,通过定性定量方法对各危岩带的稳定性进行评价,并用Rocfall软件模拟危岩失稳后的运动轨迹,通过室内试验分析冻融作用对危岩形成的影响,同时结合无人机航空摄影、三维激光扫描及现场调查等手段,对危岩带的划分、地层岩性、节理裂隙的发育情况等进行现场验证。结果表明:各危岩带位于山脊陡崖处,均处于基本稳定-欠稳定状态,在降雨、地震条件下稳定性会有所降低;危岩的形成受地形、岩性、地震、冻融等多因素的共同影响,冻融作用主要表现为冻融损伤,在岩石表面形成微裂纹;危岩失稳-崩塌后在坡面经过多次弹跳、滚动,最终停止。研究成果可为危岩的治理设计提供参考。     

湖北省水利水电工程坝基岩体分类与软岩坝基抗剪强度经验值研究

通过整理分析历年湖北水利水电工程岩体力学试验成果及地质资料,编写了工程实例,按规范要求复核岩体力学指标建议值和工程岩体分类,汇总分析了各类坝基岩体分类对应的抗剪强度范围值。研究了坝基岩体分类的影响因素和软岩的特殊性,参考规范对经验值进行适当调整,初步提出了湖北的水利水电工程坝基岩体分类与软岩抗剪强度经验值,可供中小型工程类比取值时借鉴。     

西域砾岩高边坡坡脚侵蚀的破坏机理研究

西域砾岩中常常夹杂泥岩交互层,泥岩遇水软化易造成边坡失稳破坏。以分析西域砾岩高边坡破坏机制为目标,利用FLAC3D软件对西域砾岩高边坡坡脚软岩软化的破坏机理进行数值模拟试验研究,运用正交试验设计原理,制定9组试验方案,采用极差分析法分别对坡度、坡高、凝聚力、内摩擦角四个因素的敏感性做分析计算。结果表明:西域砾岩高边坡坡脚软岩软化造成的破坏由边坡潜在破裂面上部受拉破坏区和下部剪切破坏区共同组成,形成与坡脚呈45°的折线状滑裂面。4个因素中,凝聚力的变化使边坡的稳定性受软岩软化的影响最为显著,坡度和内摩擦角的变化产生的影响次之,且两者处于同一水平,而坡高变化产生的影响相对较弱。     

水岩作用下裂隙岩体变形特性试验研究

为了解水岩作用对完整岩体及损伤裂隙岩体变形特性的影响,在一定应力状态下将岩样预压损伤后,分别在0 MPa、0.4 MPa、0.8 MPa的水压力缸中密封浸泡30 d再进行重复加载破坏试验。试验结果表明:经预压破坏后,未浸水的裂隙岩样在不同围压下再次加载至完全破坏时,极限应变变化幅度较小,低于7%,弹性模量降低12%~23%,变形模量降低3%~5%,极限应变、模量变化与围压之间没有明显关系;压力水浸泡对岩体软化作用明显,经预压破坏含有裂隙的岩体,浸泡后再次加载时,极限应变增加0%~37%,弹性模量降低28%~61%,变形模量降低32%~57%。相同围压下,含预压裂隙岩样在浸泡后的强度相比完整岩样未浸水时有较大幅度的下降。比较不同水压浸泡后裂隙岩样,随着浸泡水压的增大,岩样强度降低程度越大;随着围压的增大,岩样强度随水压增大降低的程度逐渐减小。含预压裂隙岩样若不考虑压力水浸泡作用,第二次加载强度与第一次加载相比亦有所降低,围压越大,降低程度越小,裂纹对岩体强度的影响越小。与"完整"岩体相比,裂隙岩体对水软化作用更加敏感,长期浸泡后岩体力学性质弱化明显,更易产生不稳定问题。     

高应力软岩破碎巷道围岩变形控制研究

由于岩石在高矿压条件下具有较大塑性变形,深部软岩巷道变形与破坏特征较为复杂,巷道的稳定性控制变得非常棘手,因此选择合适的巷道支护方法尤其重要。以具有上述地质赋存条件的邢村煤矿为工程背景,根据支护理论分析与数值分析,基于FLAC^3D有限差分软件,系统研究了支护参数对于围岩变形、应力和塑性区分布的影响规律。结果表明对于软岩破碎巷道,采用复合支护方法比传统单一支护,具有显著支护效果,更能有效控制巷道变形,从而为控制软岩破碎巷道变形提供一定的研究基础。     

排水结构设置后软岩隧洞的渗流-应力耦合分析

高外水作用下,深埋软岩隧洞围岩-支护结构安全将受到极大挑战。为了降低高外水压对软岩隧洞围岩-支护体系的影响,较常见的工程处理措施为在隧洞周围布置排水结构,以降低洞周外水压力。笔者首先提出了一种简便的隧洞围岩-衬砌结构渗流-应力分析思路。然后,以某过断层带深埋软岩隧洞为研究对象,通过开展隧洞施工期、运行期渗流-应力耦合分析,研究了软岩隧洞排水结构的排水效应。研究发现,在注浆圈和排水结构的综合作用下,隧洞衬砌附近的水力比降较小,注浆圈水力比降较大,使注浆圈承担绝大部分外水荷载,而衬砌承担少部分外水荷载;在软岩和衬砌的变形协调作用下,最终形成注浆圈与衬砌的协同承载效应,有效提高了隧洞的运行安全水平。     

深埋软岩供水隧洞蠕变特性研究进展

水利水电建设及跨区域调水工程最为常见;具有强度低,孔隙率高,吸水性好,易风化,且具有突出的水理性(遇水软化、膨胀、崩解)和显著的流变特性。结合水利工程及深部软岩工程灾变规律及控制难题,详述了供水隧洞软岩的水理特性、力学特性、蠕变机理、蠕变量计算及本构模型研究进展,梳理了软岩力学特性研究现状,展望了相关有待研究的方向。