深埋隧洞岩爆防控技术及典型工程应用现状综述

结合岩爆的分类、机制、评价预警方法及防控原则,对深埋隧洞施工期岩爆主动和被动防控措施进行了梳理,重点分析其作用机理、适用范围与防控效果。对比了钻爆法和全断面隧道掘进机(TBM)法施工下岩爆的不同特征规律及防控重点,调研了典型水工隧洞的岩爆防控技术应用情况,包括锦屏二级水电站引水隧洞、引汉济渭工程秦岭隧洞、N-J水电站引水隧洞和滇中引水工程香炉山隧洞。结果表明:岩爆的主动防控措施包括钻孔应力释放、超前应力解除爆破、先导洞、高压喷水、钻孔注水、超前锚杆和预应力锚杆支护;被动防控措施包括喷锚支护、钢支撑、钢筋网(柔性钢丝网);钻爆法的岩爆防控重点是及时封闭支护,TBM法则需通过主动防控规避强烈-极强岩爆;当前大型水工隧洞的岩爆防治普遍采取主动+被动联合防控,主动措施以超前应力释放为核心,被动措施则采取“喷锚网+钢拱架”共同加固围岩,且注重使用快速柔性支护型式;岩爆的动态防控、量化精准防控以及发展更高效的超前应力释放技术和柔性吸能支护体系是值得进一步研究的方向。     

长距离隧洞穿越活动断裂带的结构安全监测体系和布置设计

长距离输水隧洞等线路工程建设将不可避免地穿越活动断裂带,引发隧洞结构变形失稳风险。可靠的结构安全监测方案是有效监控隧洞结构安全状态、评价抗错断措施适应性的必要手段,目前还少有与隧洞穿越活动断裂带结构安全监测体系相关的研究。针对该问题,提出了过活动断裂带隧洞结构安全监测的“五适应”设置原则,即:与现行规范或技术标准相适应、与活动断裂带活动特征相适应、与隧洞结构变形规律和破坏特征相适应、与抗断措施相适应、与隧洞开挖施工方法相适应。然后,以滇中引水工程香炉山隧洞为对象,根据断裂带蠕滑作用下的隧洞结构变形破坏规律,开展了基于“五适应”设置原则的安全监测体系和布置设计研究。研究认为香炉山隧洞在穿越丽江-剑川断裂时,应以围岩变形、接缝开合度等为主要监测项目,以接缝剪切压缩量和混凝土压应变等为基本监测内容,以影响带-主断带的交汇区域为重点关注区域,以位错计、错缝计、应变计和压力计为监测仪器,并明确了与监测对象同步实施的布置时机。由此建立隧洞穿越活动断裂带的结构安全监测体系,为隧洞过活动断裂带的安全监测布置设计提供了有益的思路。     

岩石卸荷力学特性及本构模型研究进展

近年来,国内外一些学者基于围压卸荷试验,对岩石的卸荷力学特性和本构模型进行了大量的研究,取得了丰硕的成果。卸荷条件下岩石的强度特征、变形规律和破坏模式与加载状态相比有着显著的区别,通过围压卸荷试验可以发现,卸荷条件下岩石张性裂缝发育,扩容显著,通常呈张剪性破坏,且卸荷速率、围压和应力路径等因素均对其变形破裂机制有着较大的影响。卸荷条件下岩石的本构模型通常分为唯象学本构模型和细观力学本构模型,唯象学模型忽视了岩石卸荷渐进破坏的演化机制,细观力学本构模型则未考虑微裂纹群及数学简化引起的误差等,这些问题使得未来的卸荷岩石力学研究工作充满了机遇与挑战。     

山体地形与地质结构面对地下洞室地震响应的影响研究EI北大核心CSCD

以大岗山水电站大型地下洞室为例,分别构建了地下洞室体系简化模型和考虑山体地形与不利地质结构的复杂模型,利用显式有限差分方法分析了山体地形和大型地质结构面对洞室围岩地震响应的影响,研究地下洞室地震变形规律及响应特征。研究表明:山形地表的反射波主要表现为P波作用,地质结构面的反射、折射波主要表现为S波作用;山体地形对地下洞室上部迎波面的地震响应影响要大于下部,且上部围岩的位移与加速度响应均有一定程度的放大。地质结构面对于边墙部位洞周岩体的地震变形幅值有较大影响,对围岩加速度的放大效应也比较显著,但主要集中在距离结构面分布位置较近的有限范围内,并且地质结构面对不同频率成分的地震波的影响规律不同。     

富水软弱地层斜井围岩稳定控制技术研究

富水软弱地层斜井施工易引发围岩塌方、大变形和突涌水等地质灾害,威胁施工人员和机械设备安全,并延滞总体工程进度。以滇中引水工程香炉山隧洞5号施工支洞工程建设实践为背景,分析得出斜井的主要工程地质问题是围岩坍塌、软岩大变形及涌水突泥。结合围岩变形和支护结构受力监测成果论述了围岩的失稳破坏机制,主要分为顶拱坍塌、软弱带挤压外鼓、涌水突泥3种类型。基于对围岩破坏过程及其内蕴机理的认识,采用工程类比、现场应用效果反馈的方法,提出了针对不同失稳破坏机制的的斜井围岩灾害处置措施和稳定控制技术。相关成果可为类似地质条件下的斜井围岩稳定性控制提供借鉴。     

Mine-by试验洞开挖过程中围岩应力路径与破坏模式分析

 地下洞室开挖过程中,围岩经历了复杂的应力路径,正确刻画围岩的应力路径及其影响是岩石地下工程中亟待解决的关键科学问题。基于起裂判据(CIC)、扰动应力比( )和Lode参数等力学表征指标,采用FLAC3D对Mine-by试验洞掌子面掘进过程中围岩的复杂应力路径和破坏模式进行探讨。研究表明：围岩应力场的扰动主要集中在掌子面前后一倍洞径范围内,围岩损伤受掌子面附近高度集中的偏应力和应力主轴旋转支配;随掌子面掘进,围岩顶部和底部偏应力集中程度加大,应力比n逐渐降低,逐步形成V型剥落,而隧洞边墙部位逐渐卸荷,损伤破裂转变为拉应力控制;原位岩体的应力路径涉及应力主轴旋转效应,远比实验室的单调加载路径复杂,Mine-by试验洞开挖过程中,在掌子面的顶部和底部,围岩大主应力方向几乎没有转动,而中主应力和小主应力旋转一定角度(35.2°)后回到初始方向,由于中主应力超过了岩体起裂强度(CIC＞1),其方向的旋转加剧了围岩的损伤程度。相关认识和结论具有一定的理论和工程意义。     

山体地形与地质结构面对地下洞室地震响应的影响研究EI北大核心CSCD

以大岗山水电站大型地下洞室为例,分别构建了地下洞室体系简化模型和考虑山体地形与不利地质结构的复杂模型,利用显式有限差分方法分析了山体地形和大型地质结构面对洞室围岩地震响应的影响,研究地下洞室地震变形规律及响应特征。研究表明:山形地表的反射波主要表现为P波作用,地质结构面的反射、折射波主要表现为S波作用;山体地形对地下洞室上部迎波面的地震响应影响要大于下部,且上部围岩的位移与加速度响应均有一定程度的放大。地质结构面对于边墙部位洞周岩体的地震变形幅值有较大影响,对围岩加速度的放大效应也比较显著,但主要集中在距离结构面分布位置较近的有限范围内,并且地质结构面对不同频率成分的地震波的影响规律不同。     

露天矿开采境界优化的模糊数学方法

针对大型露天矿开采境界优化问题,采用模糊数学的模糊综合评判原理建立了优化模型。针对某露天矿山工程实际,利用该模型对设计提出的几种方案进行优化,确定出在多种因素影响下的最优方案。     

穿越走滑断层铰接隧洞抗错断设计参数作用机制研究

为了研究铰接隧洞抗错断设计参数作用机制,通过开展小尺度物理模型试验,系统、深入地研究衬砌厚度、衬砌节段长度、隧洞直径、隧洞与断层带交角和隧洞断面型式等铰接设计参数对跨断层铰接隧洞结构变形破坏机制的影响。为了保证数值模型能够揭示合理的预测结果,将物理模型试验结果与数值分析结果进行比较,验证数值模拟的正确性。通过数值模拟研究断层带宽度、变形缝宽度、柔性连接材料刚度等铰接设计参数对铰接隧洞衬砌内力响应的影响。研究结果如下：(1)断层作用下的铰接隧洞呈现“S”形,隧洞破坏多表现为衬砌节段间铰接结构破坏,节段间发生大角度转动和错台,少数情况下衬砌节段发生压剪破坏。(2)铰接隧洞衬砌变形主要集中在断层带内。在两盘与断层带交界处,活动盘范围衬砌左边墙处于受拉状态,右边墙呈现受压趋势;固定盘范围衬砌左边墙处于受压状态,右边墙处于受拉状态。(3)断层带范围的衬砌内力呈现锯齿状变化,衬砌内力在变形缝处有明显的跌落。衬砌处于反向对称受弯的状态,最大弯矩出现在两盘与断层带交界部位;最大剪力出现在断层带中央部位。(4)在铰接隧洞抗错断设计参数作用机制方面,增加衬砌厚度、减小衬砌节段长度、减小隧洞直径,可以有效提...     

跨活断层隧洞抗错断技术模型试验研究

长大隧洞工程不可避免地要跨越活动断裂带及其影响区域,为减少因断层错动而导致的隧洞结构破坏,抗错断设计是隧洞设计的重要内容。以滇中引水工程香炉山隧洞为背景,对包括铰接设计、扩挖-缓冲层设计以及铰接-扩挖-缓冲层在内的3种抗错断措施进行模型试验研究;从衬砌内部破坏、隧洞整体破坏、衬砌应变方面,对上述3种抗错断措施抗断效果进行了验证评估。研究结果表明：(1)从隧洞衬砌结构内部破坏特征来看,铰接设计与扩挖-缓冲层设计都可以对衬砌起到保护作用。(2)从隧洞整体变形和裂纹分布来看,使用铰接设计增大了隧洞在断层带区域的变形程度,但减小了衬砌本身的破坏;使用扩挖-缓冲层设计不仅减小了隧洞在断层带区域的变形,同时也相对减小了对衬砌本身的破坏,经铰接-扩挖-缓冲层设计的隧洞变形几乎只出现在铰接处,衬砌破坏更小。(3)从隧洞纵向应变分布规律来看,扩挖设计和铰接设计都减小了衬砌的应变,其中铰接设计对衬砌应变的减弱最为突出。相关研究成果可为跨活断裂隧洞实际工程中抗错断方案的选用提供参考。