巴朗山隧道岩爆特征研究

最大埋深近900 m的巴朗山隧道存在岩爆的施工风险,本文结合隧道工程地质条件及地应力测试结果,对该隧道的岩爆特征进行定性及定量分析.分析结果表明,该隧道发生岩爆的可能性不大,主要存在局部洞壁岩体剥离、掉块现象.     

鄂西地应力测量与隧道岩爆预测分析

国家重点工程宜昌—万州(以下简宜万)铁路穿越鄂西灰岩山区,形成了大量深埋隧道。为了对设计进行优化并指导施工,在宜万铁路沿线进行了多个钻孔的水压致裂法地应力测量,并通过地应力实测资料进行岩爆及塑性大变形分析预测。测试结果表明:鄂西灰岩山区具有中等偏高应力水平,最大水平主应力方向主要为近EW向。基于实测应力结果,通过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种判别方法进行预测,埋深较深的坚硬岩石隧道有岩爆发生的可能,而软岩隧道也有可能发生塑性大变形。在施工过程中应采取合理的开挖方式及防爆安全措施,防止灾害发生。     

九顶山隧道地应力特征及岩爆预测

九顶山隧道是新楚(雄)—大(理)高速公路的控制性工程,隧址区的地应力特征研究对于公路隧道选线及施工具有重要意义。本文以九顶山隧道为研究对象,通过对隧址区地形地貌、地质构造、地层岩性的调查,充分掌握其工程地质条件。同时采用水压致裂法测量原地应力,确定隧道围岩的应力状态。结合岩土力学参数,运用工程岩体分级判别法、Russenes判别法、Hoek判别法对隧道围岩岩爆进行预测分析。结果表明:最大主应力方向为349°,埋深大于400m硬质脆性的中风化白云质灰岩存在发生轻微岩爆或围岩较大变形的可能性。     

基于模糊综合判别法的隧道岩爆烈度等级预测

文章以都汶高速福堂隧道为工程依托,建立隧道岩爆风险的目标-准则-指标层次结构图,将岩爆风险划分为地质风险和施工风险,并进一步细化落实到7个具体指标:地下水、隧道埋深、饱和岩石单轴抗压强度、应力强度比、岩体完整性系数、开挖方式、支护方案。将岩爆等级划分为四个等级,采用隶属度函数和专家打分法相结合的形式,确定指标层各因素对目标层等级的隶属度,根据层次结构模型利用1～9标度法确立判别矩阵,求得各指标权重集。最终基于模糊综合判别法对隧道岩爆烈度进行预测,并与实际岩爆发生的情况进行对比验证。结果表明预测岩爆等级分布与实际岩爆发生情况基本一致。     

甘肃北山旧井地段高放废物处置库深度初步探讨

 在对高放废物地下深地质处置库深度确定基本要求的概述基础上，结合甘肃北山旧井地段的地质特征、水文地质特征、岩石力学特征、地应力场特征等方面的情况，分析初始地应力场和二次开挖地应力，对开挖稳定性和发生岩爆的可能性进行计算和预测。研究结果表明，研究区岩体较完整，深度大于400 m时地下水补给匮乏且为还原环境，岩石单轴抗压强度较高，总体质量较好；深度小于700 m地应力为一般应力场，二次开挖稳定性分析和岩爆分析结果表明在此范围内岩爆发生的可能性不大，依据处置库深度确定的基本要求，初步认为旧井地段处置库的设计深度和地下工程布局应在400～700 m范围内进行。     

喜马拉雅东构造结西缘地应力特征及其对隧道围岩稳定性的影响

拟建川藏铁路林芝—通麦段位于喜马拉雅东构造结西侧,构造和应力环境非常复杂,查明其现今地应力特征对于铁路线路工程地质条件评价和隧道科学施工有重要的指导作用。采用水压致裂法在林芝—通麦段实施总计20个钻孔原地应力测量,根据实测数据对该段的现今地应力特征进行研究,并对其围岩稳定性和工程灾害效应进行评价。结果表明：(1)林芝—通麦段实测主应力随埋深的增大而增加,但整体应力积累水平相对偏低,500 m以深发育走滑型应力,表明水平主应力占主导,与区域动力学环境和主要构造活动方式相一致;(2)实测SH平均方位角为N61°～72°E,与震源机制解、GPS和壳幔各向异性资料揭示的区域构造应力方向具有较好的一致性,表明其受区域构造运动方式控制;(3)林芝—通麦段隧道Ⅱ和Ⅲ级围岩以中等～极强岩爆为主,初始岩爆埋深约为400 m,岩爆风险随埋深增加而增大,其中拉月隧道发生强烈～极强岩爆比例最高;(4)基于Hoek-Brown准则预测显示,围岩脆性破坏深度随埋深增大而线性增加,其中拉月隧道最大埋深处围岩脆性破坏深度可能将达1.4倍隧道半径。     

某超长铁路隧道地应力测量及岩爆预测分析

地应力是岩爆发生的主要因素,地应力测量已经成为深长隧道地质勘察的重要内容。文章首先介绍了某超长铁路隧道两个钻孔的地应力测量结果,并从地质条件出发分析了代表整个隧道的地应力趋势。其次,运用三种基于强度理论的判别法,预测了隧道沿线岩爆发生的可能性。     

某超长铁路隧道地应力测量及岩爆预测分析

地应力是岩爆发生的主要因素,地应力测量已经成为深长隧道地质勘察的重要内容.文章首先介绍了某超长铁路隧道两个钻孔的地应力测量结果,并从地质条件出发分析了代表整个隧道的地应力趋势.其次,运用三种基于强度理论的判别法,预测了隧道沿线岩爆发生的可能性.     

高放废物地质处置岩体适宜性评价方法(Q_(HLW))及其在地下实验室选址中的应用研究

传统岩体工程质量评价方法仅考虑了地下工程的可建造性要求,未考虑放射性废物处置工程对岩体长期安全性需求,在高放废物处置领域的应用具有明显局限性。基于国际上广泛应用的Q岩体工程质量分级法,通过引入影响处置工程长期安全的围岩特性因子,首次建立定量的高放废物处置岩体适宜性评价方法体系Q_(HLW)。其中,岩体断裂带分布、地下水化学特性、温度影响、岩体渗透性能等特性对处置工程长期安全性影响得到了系统的考虑。与传统方法相比,Q_(HLW)方法能够系统反应处置库工程长期稳定性和安全性需求,可为处置库候选场址适宜性评价和工程优化布置提供有效的理论支撑。采用该方法,基于场址特性评价基础数据,对从我国甘肃北山、新疆、内蒙古三大预选区筛选出的9个地下实验室候选场址适宜性进行综合评价研究,确定各候选场址的适宜性指标。评价结果表明,新场、沙枣园、算井子、雅满苏及诺日公候选场址均可认为是高放废物处置地下实验室适宜场址,以北山预选区新场场址适宜性最高。     

中国锦屏地下实验室二期工程安全原位综合监测与分析

 中国锦屏地下实验室是目前世界上埋深最大的实验室。以中国锦屏地下实验室二期(CJPL–II)工程为研究对象,通过变形、开裂、弹性波、扰动应力、微震、声发射、三维激光扫描、岩体结构面遥测、爆破振动测试等原位综合监测手段,实时获取深部地下实验室开挖全过程的岩体响应及其演化特性,实现对深部岩体微观到宏观多尺度破裂、隧洞表面到岩体深部变形的综合监测。研究工程场址的地质辨识方法,给出深部复杂地质结构条件下的地质分区,结合真三轴、结构面实验和地应力测试,揭示各实验室开挖过程中不同的变形特征和破坏模式,实时捕获了深部工程灾害变形破裂的前兆信息,有效预警了岩爆和塌方工程灾害,确保了实验室施工全过程的工程安全。研究成果和基础数据为中国锦屏地下实验室安全建设运行、探讨深部岩体力学与工程科学难题均具有十分重要的意义。     

卡姆奇克隧道岩爆的力学机制及主动防控技术

以中亚第一长隧——乌兹别克斯坦卡姆奇克隧道为依托,在隧址区地应力特点、岩爆过程及特点综合分析的基础上,建立岩爆发生的力学模型,并在此基础上提出了主动控制岩爆的超前支护技术。研究表明:卡姆奇克隧道岩爆主要发生在拱顶附近,这主要是由于隧址区地应力最大主应力为水平方向且与隧道轴线接近垂直,隧道开挖后拱顶的切向应力最大的受力特点决定的;岩爆发生过程可分为拱顶围岩劈裂成板、岩板脆性断裂成块和块片弹射3个阶段;岩爆力学模型可简化为拱顶层状薄板在水平力作用下的脆性断裂失稳,岩板脆性断裂失稳的临界水平应力scr与岩板无支承长度L的平方成反比、与岩板厚度t的平方成正比,该力学模型可很好地解释卡姆奇克隧道岩爆的发生特点及主要表现特征。在此基础上,研发了一种通过减少拱顶岩板无支承长度、提高岩板厚度,从而提高岩板脆性断裂失稳临界应力,进而主动防止和减弱岩爆的超前支护技术,并在卡姆奇克隧道得到了广泛使用,取得了很好的岩爆防治效果。     

金甬铁路鲍村特长隧道初始应力场特征及岩爆预测分析

金甬铁路鲍村隧道长度长、局部埋深大,具有较高建设安全风险。隧址区初始地应力场是影响围岩稳定性的重要因素,是隧道工程的设计及施工的主要依据之一。根据现场实测地应力值,利用FLAC3D进行多元线性回归,反演出隧道初始地应力场,并利用FISH编程计算隧道岩爆分级,结果表明:反演结果与地应力实测结果拟合度较高,计算结果较为可靠;该区地应力场为σ_H≥σ_h≥σ_v型;中主应力值为3~11MPa,随里程增加而呈降低趋势;水平最大主应力值在10~18MPa之间,方向多与隧道轴线呈小角度相交,对隧道围岩稳定性有利;鲍村隧道岩爆级别系数低,开挖中岩爆危害小。     

深埋特长公路隧道岩爆预测综合研究

岩爆预测一直是地下工程世界性难题之一。以台缙高速公路苍岭隧道的岩爆预测为例,从隧道区围岩的岩体特征和隧道区初始应力场两方面着手,通过工程地质调查研究和区域地质资料分析,对隧道区进行工程地质分类。划分隧道沿线各洞段隧道围岩类别,通过室内岩石力学试验,掌握隧道沿线围岩的物理力学特性;分析区域地震震源机制解、地应力实测资料,揭示区域构造地应力场环境。在研究过程中选取典型部位,采用水压致裂法实测工程区地应力的大小和方向。通过三维有限元反演工程区的初始应力场,在初始应力场和隧道围岩岩石力学性质研究的基础上,结合各洞段隧道断面开挖数值分析结果和现有国内外多种岩爆判别准则,对苍岭隧道岩爆发生的部位和等级进行预测,为制定合理的开挖支护方案提供依据。     

秦岭输水隧洞微震活动特征研究

岩爆是深埋地下岩体工程中面临的世界性难题。针对秦岭输水隧洞岭南工程开挖过程中面临的岩爆问题,本文基于微震监测技术,分析了相邻洞段不同开挖方式、相同开挖方式不同洞段条件下的微震活动特征。结果表明:微震活跃性与岩爆风险高低密切相关,可作为岩爆防治的重要参考依据;埋深与岩性相近条件下,钻爆法比TBM法的微震能量相对更低,岩爆风险相对更低,但TBM法掘进效率更高;微震活跃性与开挖进尺、隧洞埋深不存在明显正相关性,围岩较好、微震活跃性较低时可适当增加掘进速度,提高开挖效率,当围岩变差、微震活跃性较高时宜适当降低掘进速度,延缓或降低岩爆风险。本研究结果可供类似工程岩爆防治和微震监测参考。     

香港排污隧道工程水压致裂法地应力测量研究

初始地应力状态是岩石地下工程设计中的重要参数，而水压致裂法是深部岩体应力测量的理想方法。文章介绍了水压致裂法地应力测量原理及其在香港本岛排污工程隧道沿线11个钻孔（深度130—430m）中的测量实例。测量结果分析表明，隧道高程的最大水平主应力5～20MPa，侧压力系数0．6～1．5，对于工程所处的结晶硬岩而言，属于中等地应力水平；最大水平主应力方向与隧道走向的夹角一般较小，即地应力对隧道稳定性比较有利。另外从地应力场的角度对工程施工提出了建议。     

深部圆形隧洞板裂屈曲岩爆的模拟试验研究

 为了深入认识深部圆形隧洞中板裂屈曲岩爆的发生机制,采用大尺寸真三轴岩石试验系统对含预制孔洞红砂岩立方体(100 mm×100 mm×100 mm)试样进行模拟试验研究。首先根据地应力随深度分布规律,在水平向垂直隧洞轴向方向设定最小主应力,竖直向垂直隧洞轴向方向设定最大主应力,在3个方向分别加载到初始应力状态。然后保持另外2个方向应力不变,在竖直向垂直隧洞轴向方向进行加载直至隧洞洞壁围岩发生破坏,并且在保证试样整体不发生破坏条件下,逐级加载至洞壁发生岩爆。利用安装的微型摄像机对试验过程中洞壁围岩破坏全过程进行实时监测和记录,结合三维加载和洞壁受力情况,再现了深埋硬岩圆形隧洞板裂屈曲岩爆全过程。研究结果表明：岩爆过程可划分为平静期、细颗粒弹射和剥落期、板裂屈曲破坏和强烈破坏四个时期。岩爆可滞后应力发生,具有时间效应,并且受加载率影响明显。岩爆破坏深度达到更高静应力水平下的稳定状态,形成的V–型槽具有应力不敏感期;通过合理优化隧洞断面几何参数,可发挥结构强度尺寸效应,对岩爆发生起一定抑制作用。     

深埋巷道地应力测量及围岩应力分布特征研究

 基于淮南矿务局潘一矿的水压致裂法地应力测量结果及围岩应力分布特征研究,可以得出如下初步结论：(1) －790 m高程东翼矸石胶带机大巷区地应力以构造应力场为主,其最大原岩水平主应力值大于28.33 MPa,岩石单轴饱和抗压强度与最大水平主应力比值为5.82,属高应力区;(2) 在高地应力作用下巷道围岩塑性区从洞周向深部逐渐扩展,同时围岩应力也在塑性区向纵深方向逐渐增大,受围岩弱化的影响,围岩应力在约2倍洞径处应力达到最大值,然后再降低并趋于原岩应力;(3) 底板轨道大巷对顶板围岩应力分布的影响范围大于6倍洞径,远远超过根据传统弹性力学计算的3倍洞径影响范围。研究表明,深埋巷道围岩应力分布特征有别于传统的浅埋巷道,可为类似巷道围岩的变形破坏机制分析以及巷道加固支护提供参考。     

Tempo-spatial characteristics and influential factors of rockburst:a case study of transportation and drainage tunnels in Jinping Ⅱ hydropower station

Jinping Ⅱ hydropower station is located in a high in-situ stress region in Southwest China. During the excavations of the transportation and drainage tunnels, more than 460 rockburst events were recorded in the transportation tunnel and 110 in the drainage tunnel, which has a serious and negative influence on the tunnels' construction and the safety of staff and equipment. In the paper, the characters of rockburst patterns are analyzed for the transportation and drainage tunnels. The results are illustrated...     

川藏铁路雅安至新都桥段地应力特征及工程效应分析

拟建的川藏铁路雅安-新都桥段地处川滇藏构造交汇区,地应力场复杂,针对该区现今地应力场的研究有助于川藏铁路的科学建设.基于水压致裂法地应力实测数据,对川藏铁路雅安-新都桥3个区段(雅安-泸定段、泸定一康定段和康定-新都桥段)的地应力特征和分布规律以及其工程效应进行分析.研究结果表明:(1)主应力值随埋深具有较好的线性关系...