引水隧洞大岩溶处理方法探究

某水电站引水隧洞沿线揭露浅变质大理岩,属强富水性可溶岩。从总体来讲,隧洞区岩溶发育强度较弱,但在局部洞段,尤其是东、西端近岸坡段现场开挖揭示岩溶发育较集中,并以竖直型岩溶裂隙通道为主,局部以小、中规模溶洞呈现出来,有较低的岩溶率。基于此,论述引水隧洞大岩溶处理方法。     

隧洞地下水渗流场变化对衬砌受力影响的数值分析

为研究隧洞地下水渗流场变化对衬砌结构受力的影响,通过建立平面应变渗流耦合有限元模型,对隧洞开挖、设置排水管、进行固结灌浆等不同施工工况进行了数值模拟,动态地分析了不同施工措施时的地下水渗流场变化以及相应对衬结构受力的影响。     

某电站大型地下厂房渗流特征分析

某电站大型地下厂房地处高山峡谷段、高地应力区、高地震烈度区,水文地质条件发育且复杂。研究发现其枢纽区地下水按其埋藏条件可分为第四系松散堆积层的孔隙水、玄武岩裂隙水、玄武岩裂隙承压水三种类型。本文通过对厂房区地下水补给与排泄的研究,得出厂房区玄武岩裂隙含水系统为潜水含水系统,玄武岩裂隙水主要沿地层产状向雅砻江排泄。通过对厂房区裂隙水流动系统划分及特征研究,得出厂房区玄武岩裂隙水流动系统分区及水流运动特征、裂隙水流动系统水化学同位素特征。最后根据建立的地下水渗流模型模拟了蓄水条件下的渗流特征,并给出了针对性的建议处理措施。     

裂隙岩体渗流–断裂耦合机制及应用

将断裂力学引入裂隙岩体流固耦合分析,建立裂隙岩体渗流–断裂耦合机制,在 FLAC ^3D 现有计算模块的基础上,通过 FISH 研制了裂隙岩体渗流–断裂耦合分析程序。该模型的耦合机制体现在：渗透水力梯度作为渗透体积力作用于应力计算单元,裂隙渗透压作为面力作用于裂纹张开部分引起断续岩体裂纹的劈裂扩展;岩体裂纹的扩展引起岩体渗透系数的增加导致渗流场的改变。将渗流 – 断裂耦合理论应用于高水头不衬砌压力隧洞工程中,系统地研究高水头不衬砌压力隧洞在运行期间的水力劈裂、渗流场和内水外渗渗漏情况,得到：①处于水力劈裂的高水头压力隧洞周边向外延伸依次为拉剪劈裂区、压剪劈裂区、未劈裂区;②由于渗流体积力作用,高水头压力隧洞内水外渗过程中洞周产生径向向外变形;③高水头压力隧洞内水外渗过程中渗漏率先增加后平稳减少最终稳定。首次提出陡倾地表下不衬砌压力隧洞与裂纹几何特性、力学特性和岩石断裂韧度高度相关的水力劈裂系数的概念 。 建议在水工隧洞设计规范中建立与水力劈裂系数相匹配的安全控制标准,可为我国不衬砌压力隧洞工程的设计提供理论基础。     

考虑裂隙水流拖曳力效应的平推式滑坡稳定性

为研究滑面裂隙水流拖曳力对平推式滑坡稳定性的影响,建立平推式滑坡渗流–径流耦合模型。该模型采用Navier–Stokes方程描述滑面裂隙径流,用Brinkman-extended Darcy方程描述软弱层多孔介质渗流。径流区和渗流区的流体运动均满足连续性方程,且在交界面处的流体满足流速相等和切应力连续双边界条件。根据上述条件推求出径流区和渗流区的流速分布,并引入Newton内摩擦定律求出滑动面裂隙径流拖曳力。利用刚体极限平衡理论对径流状态下平推式斜坡的稳定性进行分析,得出修正后的平推式斜坡抗滑稳定安全系数和后缘裂隙临界水深之间的关系。并结合工程实例讨论后缘水深、滑面倾角和滑面裂隙宽度对安全系数的影响。结果表明,考虑底部裂隙流体拖曳力效应时,滑坡安全系数下降了5.90%。因此,在进行平推式滑坡稳定性分析与计算中,应考虑滑动面裂隙水流拖曳力作用。     

隧洞突水及围岩稳定性受断层位置影响的研究

为避免隧洞穿越断层时发生严重的突水突泥灾害,以福建龙津溪引水隧洞工程为背景,通过建立数值模型,采取控制单因素变化的分析方法,主要从单断层倾角变化和交叉断层交叉点位置两方面对隧洞突水、围岩稳定性的影响进行了研究,模拟分析了隧洞开挖至断层带过程中渗流场、位移场的变化规律。     

某岩溶隧洞围岩双液注浆加固技术研究

突水突泥是隧道施工过程中常遇到的地质灾害,给工程施工造成的危害性极大。为了能够有效处理岩溶突泥给工程带来的不利影响,本文以某岩溶排水隧洞充泥溶洞、溶沟注浆加固工程为背景,研究了双液注浆加固岩溶隧洞围岩的机理。在详细勘查分析隧洞岩溶地质条件的基础上,通过现场注浆试验,对水泥-水玻璃浆液配比、注浆压力、浆液扩散半径等技术参数和注浆工艺进行了研究。表明:①需要通过对于不同岩溶发育条件、不同注浆序次,需要有针对性地选择双液注浆的浆液配比和注浆压力;②采用水泥-水玻璃双液注浆方法加固岩溶隧洞中的淤泥质粘土可以取得较好的效果。③地表注浆为岩溶隧洞掘进提供了一定的安全储备,但在掘进过程中对已查明的溶洞、溶沟区段需要做好围岩超前支护措施。     

高原喀斯特地区基桩穿越溶洞关键施工技术研究

针对位于复杂高原喀斯特地貌岩溶强发育区的云南丘北县普者黑某酒店建设工程,本文通过工程地质调查、钻探和物探等方法查清了工程场地的稳定性、地基土的特点、岩溶发育和溶洞分布情况。采取多项关键技术保证该工程基桩高效安全穿越溶洞,如根据勘察成果调整基桩入岩深度提高单桩承载力;基桩旋挖成孔时应用新型聚合物泥浆护壁提高桩身泥浆质量,降低桩底沉渣厚度;合理处置桩身钢筋笼降低充盈系数,减少桩身混凝土用量等。研究结果表明：（1）采用工程地质勘察、钻探、物探相结合的勘察方法,可以快速、准确地查明岩溶发育强烈地区的溶洞分布情况;（2）采用前述关键施工技术保证了工程基桩高效安全穿越溶洞并保证了工程基桩的质量。该研究成果对复杂高原喀斯特地貌岩溶强发育区岩土工程勘察及工程基桩穿越溶洞施工有一定借鉴意义。     

小型水工隧洞围岩变形预防及处理措施

正1隧洞工程概况大石岩隧洞山体地形坡度10°～30°,山包呈浑圆状。冲沟发育,地形较破碎。隧洞穿越地层有三迭系法郎组(T2f)及个旧组上段(T2g2)。沿线无大的地质构造发育,受区域断层影响,局部地段岩层产状变化较大。沿线地下水类型以基岩裂隙水及岩溶水为主。隧洞为直线型隧洞,隧洞进出口围岩大致呈对称分布,大石岩隧洞先后穿越的围岩性质有灰岩、炭质泥岩、砂岩     

充水岩溶隧道渗流场解析解研究

以复变函数的反演变换和地下水水力学理论为基础,推导出充水岩溶隧道渗流场解析解,引入布拉修斯公式和伯努利方程求解出隧道所受的渗流力,并与双井解和数值解进行了对比验证。对隧道与溶洞的间距和隧道半径对隧道压力水头和横向力产生的影响进行了分析。研究结果表明:在水压强度相同的条件下,隧道距溶洞距离越大定点压力水头越小,随着隧道半径的增大定点压力水头逐渐变小;隧道所受溶洞水渗流力随着隧道距溶洞距离的变大逐渐变小,且达到5倍隧道半径时可以忽略其对隧道的影响,隧道所受溶洞水渗流力随着隧道半径的变大逐渐变大。     

岩溶区桩基沉降的影响探讨

岩溶区地质情况错综复杂,而目前针对岩溶区溶洞空间几何尺寸变化对桩基沉降影响的研究较少.以武汉智能联网汽车封闭测试场桩基项目为研究背景,采用Midas GTS有限元软件建立三维模型,通过控制变量的方法,逐一探究溶洞至桩尖距离的改变,溶洞形状和体积改变对桩基沉降的影响规律.对计算结果进行归纳分析,得出的结论为:当洞顶至桩尖的厚跨比小于0.4时,桩基沉降现象较为明显;单一溶洞形状与体积的变化对桩基沉降影响较小.     

二维裂隙岩体渗流传热的离散裂隙网络模型数值计算方法

 针对裂隙岩体渗流传热问题,用解析方法,比较2种不同岩石基质与裂隙水界面热交换假设下的计算结果,对一般裂隙岩体,2种假设下的计算结果相同。基于离散裂隙网络模型的思想,在商业有限元软件COMSOL中实现一种计算已知裂隙网络的裂隙岩体渗流和传热过程的数值方法,该方法可以同时计算岩石基质与裂隙中的渗流和传热过程及二者间的交换,并与解析解比较进行验证。用该方法对一随机生成的二维裂隙岩体进行计算,得到的出口温度曲线,可以反映裂隙岩体渗流传热的早期热突破和长尾效应等特点,并分析岩石基质渗透率、热传导系数的不同取值对裂隙岩体渗流和传热过程的影响。     

武汉市某串珠状岩溶区桩基稳定性分析

在岩溶发育区,桩身往往需穿越若干溶洞并支承于完整基岩,从而导致桩长增加,呈现摩擦桩的特性,溶洞的存在减少了岩土体与桩身的接触面积,使桩侧阻力减少。本文基于双折线模型推导了桩基通过多层岩溶区的荷载传递微分方程,并假定岩溶区上覆盖层土体进入塑性区,建立了摩擦桩桩基沉降与荷载的关系,运用了数值模拟方法研究了武汉市岩溶区某建筑桩基穿过串珠状溶洞时的承载性状,对岩土体应力和位移、桩的侧阻力、轴力分布和桩顶位移进行监测,并与理论计算结果进行对比,结果基本一致;另外溶洞周围岩体应力变化较大,溶洞顶板出现较大的向下弯曲变形,部分土体进入了塑性区,溶洞顶板容易形成塌落拱,在桩基成孔过程中可能造成地面塌陷。     

顶部溶洞对新修地铁隧道的稳定性分析及施工处理技术研究

随着城市地铁建设规模不断加大,研究岩溶区溶洞对地铁隧道稳定性的影响显得十分重要。采用三维有限差分软件FLAC3D进行流固耦合分析,对在既有地铁隧道的情况下,顶部溶洞大小的变化对新修地铁隧道的影响进行了探讨,得出新修地铁隧道结构呈现不均匀受力,且在一定范围内地表沉降值、其结构的变形及受力、溶洞变形等与溶洞大小呈弱线性关系等结论;并探讨了穿越岩溶区的施工处理技术。     

溶洞顶板破坏对穿越溶洞型基桩极限承载力的影响规律研究

当溶洞顶板的厚度不符合安全设计要求时,基桩需要穿越溶洞并嵌入溶洞底板一定深度以提高基桩的承载力。在桩顶竖向荷载作用下,溶洞顶板的岩体可能存在受拉状态,当张拉应力超过其抗拉强度时,则岩体将发生张拉破坏,使桩身侧摩阻力的受力面积降低,另外,张拉破坏区使溶洞顶板以上岩土体所受的支承作用进一步降低,不利于桩身侧摩阻力的发挥。因此,有必要系统研究溶洞顶板张拉破坏区域对穿越溶洞型基桩承载特性的影响规律。本文基于理论分析提出了穿越溶洞型基桩的失稳破坏模式,揭示了张拉破坏区域产生的力学机理以及对桩身侧摩阻力的影响规律,建立了顶板失稳破坏的简化力学分析模型,进而提出了穿越溶洞型基桩的极限承载力计算方法,为岩溶地区基桩设计和施工提供技术指导。     

岩溶地区桩基施工常见问题分析

介绍了岩溶地区基岩的主要工程特征,并对其性质进行了评价,着重介绍了岩溶区常用的人工挖孔桩与钻孔灌注桩的施工工艺和施工特点,对人工挖孔桩在穿越溶洞时的施工处理措施进行了论述,为岩溶地区桩基的施工提供了指导。     

岩溶区桩基稳定性影响参数敏感性分析

由于影响岩溶区桩基稳定性的因素很多,不同的参数分布等条件都会对岩溶区的稳定性产生重要的影响,以大连经济技术开发区海上体育休闲广场为依托,选取了岩溶区典型的力学模型来分析不同影响参数对岩溶区桩基工程稳定性的影响。首先采用量纲分析的方法从众多影响因素中提取关键无量纲量,通过对关键无量纲量的改变,使用数值模拟的方法提取适当判别溶洞稳定性指标的变化规律,从而得出各关键参数对溶洞稳定性的影响程度。运用灰关联分析方法对影响岩溶区稳定性的各因素进行敏感性分析,得到各影响因素的关联次序,从而确定各影响因素的主次关系,为岩溶区稳定性评价和岩溶区桩基工程的勘察、设计及施工提供可靠的理论依据。     

强降雨诱发作用下岩溶山体滑坡机制研究——以关岭滑坡为例

强降雨引起的岩溶地下水升降波动对我国西南岩溶山区的大型滑坡具有重要影响。为了明确的强降雨诱发作用下岩溶山体滑坡的机制,以关岭滑坡为例,结合现场野外调查,岩溶发育现象以及渗流场特征分析了关岭滑坡的成因机制。研究发现：在强降雨条件下,滑源区后部强烈的侧向补给抬高了地下水位,于基岩裂隙水区的坡体内形成高压水头,并作用于滑源区内的潜在软弱结构面上诱发了滑坡失稳,由此提出“岩溶山区二元岩体结构滑坡”的失稳模式。通过山体内地下水位线解析解耦合剩余推力法分析了多工况下滑体的稳定性,理论计算结果显示：岩溶管道介质的平均直径以及降雨强度对坡体稳定性有较大影响。当岩溶管道平均直径取值在0.15 m及以上时,坡体会于极端降雨工况下发生失稳。推导的岩溶山体地下水位线计算公式及稳定性分析方法可为岩溶山体滑坡的稳定性评价和防治工程提供有益参考。     

小浪底北岸灌区11号隧洞F29断层承压水环境同位素研究

本文应用2H、18O和3H等同位素结合水文地球化学研究,在研究区地质及水文地质条件约束下,研究了研究区内与F29断层相关的各类水体之间的关系,以及F29断层水的补给方向、补给高程及补给水源的同位素水文地球化学证据。为小浪底北岸灌区2号工程11号隧洞涌水问题的处理提供了科学依据。研究结果表明研究区裂隙型地下水可分为:上部风化裂隙水和下部构造裂隙水。影响本区裂隙含水、富水条件的主控因素为构造断裂,在沿着F29断裂走向及垂向方向上皆为良好导水通道。隧洞涌水主要来自于下部构造裂隙水,占76.9%,上部风化裂隙水所占比例为23.1%。     

基于平面应变模型的岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力计算

为了给出嵌岩桩作用在含不同溶洞地层上的桩端极限承载力计算方法,首先,根据岩溶区桩基承载特性建立了简化计算模型;其次,分析了岩溶区嵌岩桩桩端承载机理,并提出了岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力计算模型;再次,利用复变函数的方法对岩溶区嵌岩桩桩端平均约束应力进行求解,进而求得岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力;然后,对岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力的影响因素进行了参数分析,结果表明：①溶洞半径越大,对桩端极限承载力的影响越大。②桩端到溶洞中心的距离越大,对桩端极限承载力的影响越小。③溶洞埋深越大,对桩端极限承载力的影响越大。最后,工程算例对比分析表明该方法能满足工程要求,能为岩溶区嵌岩桩工程实践提供一些参考价值。值得注意的是,由于假定条件的限制,本文计算结果仅适用于溶洞洞边与桩端距离大于3倍桩径时的情形。