厦门翔安海底隧道风化槽围岩渗透破坏及岩体流变试验研究

厦门翔安海底隧道需穿越多处海底风化槽,该地段围岩为破碎、风化的花岗岩,渗透性强、水压高、自稳性差、施工风险大,其物理力学特性研究对设计和施工方案制定意义重大。本文对风化槽围岩的渗透破坏和流变试验进行研究。渗透稳定性评价结果表明,在全水头作用下,F1、F4风化槽强风化带岩体渗透稳定性较好,但隧道开挖将引起地层变形,围岩渗透稳定性改变,施工中需进行评估监测并采取必要措施。三轴试验结果表明,风化槽强风化花岗岩强度低、变形大、弹性模量低,在应力达到峰值后,有明显的塑性流动。三轴流变试验结果表明,风化槽强风化花岗岩变形具有明显的粘性时效特征,对围岩开挖后的掌子面稳定性和长期变形稳定性都不利,在设计和施工中应引起注意;采用非线性蠕变模型对其流变特性进行拟合,效果良好,由此建立相应的流变力学模型。研究成果为本工程风化槽围岩注浆加固和支护结构设计提供可靠依据。     

厦门翔安海底隧道中风化槽地段施工工法

厦门翔安海底隧道是我国大陆地区第一座大断面的海底隧道。隧道所处地质条件复杂,海域地段存在多处风化深槽,岩体主要为全、强风化花岗岩,岩体强度低、自稳能力差。介绍了F3风化深槽地段的施工总体方案,重点阐述风化槽的注浆工艺和开挖支护方法。     

某核电站强风化花岗岩原位直剪试验研究

强风化花岗岩在某核电站厂址区普遍发育,研究其剪切强度对于核岛边坡及常规岛地基的稳定性评价具有重要意义。由于该岩体风化不均匀,常夹有中等风化及微风化较硬夹层或球状风化体,扰动后即碎裂,现场取样和室内试样的难度较大,而且目前进行岩体强度参数反分析的资料相对匮乏。本文作者通过设计堆载式加荷直剪试验方法,并经野外大量现场试验,获得了强风化花岗岩原位直剪的剪应力—应变关系曲线,对强风化花岗岩的剪切强度性质进行了相应的理论分析,为工程区强风化花岗岩设计输入提供了可参考的c、φ值,保证了工程的可靠性,也避免过于保守,并为类似工程积累了经验。     

特殊地质区域海底隧道长期稳定性研究

根据F4风化槽强风化花岗岩的三轴流固耦合试验以及三轴流变试验成果,建立Mohr-Coulomb模型来描述风化槽岩石的弹塑性硬化及塑性流动行为,采用Nelder-Mead最优化方法得到力学模型各参数。应用三轴流变试验建立强风化花岗岩的非线性流变模型并拟合相关流变参数,在此基础上将流固耦合流变模型编制Creep子程序嵌入到ABAQUS软件。通过现场反演证明试验所得模型与参数可以很好地描述实际的情况。根据反演的围岩力学参数,模拟海底隧道F4风化槽段(ZK8+900m)隧道结构的长期稳定性,为海底隧道的设计和运营管理提供理论依据。     

风化花岗岩的地质雷达波的频谱特征研究

花岗岩在我国有广阔的分布,对花岗岩的雷达波的研究可以为在花岗岩地区的工程建设施工提供有力的指导意义.通过对某隧道不同风化程度花岗岩进行地质雷达的测试,选取典型的雷达波进行频谱分析,探讨了不同风化程度花岗岩的地质雷达波的频谱特征.结果显示,全风化与强风化花岗岩的频谱能量均比较集中,但强风化花岗岩比全风化的花岗岩的频谱谱峰...     

海底隧道风化囊围岩-支护系统相互作用的流变时效研究

厦门海底隧道工程穿越四条断层破碎带,破碎带处洞体围岩软弱、破碎,岩石主要为风化破碎类花岗岩,其流变时效属性非常显著。通过对风化破碎类花岗岩试样进行流变试验研究,建立适合风化囊围岩特点的流变力学模型;再在考虑围岩流变时效的基础上,采用有限元数值模拟方法,开展风化囊围岩-支护系统的相互作用研究。研究表明:松散破碎岩体的流变时效作用明显,在隧道的设计施工中必须计入粘性蠕变的影响;风化囊区段的隧道二衬厚度采用60cm是合适的,不宜再过分增厚;为确保工程安全,开挖后立即施作初期支护,紧跟施作二衬支护。最后,阐述了围岩变形速率比值判别的施工变形控制方法,在判据认定的险情区段,必须实时加固,避免塌方。     

堆石料劣化及其对大坝安全运行影响的研究

在现有土石坝工程中,一些易风化的软岩已被广泛应用于坝体的填筑,在坝体长期运行过程中,堆石料含水率和温度变化的影响等会造成其力学性质的劣化,随着全球大气环境污染加剧,酸雨对其力学性质的影响也将日趋显著。堆石料是天然形成的,一般而言已有的生命周期可能比大坝的使用周期长得多,但在某些情况下岩石的力学特性会在很短甚至几个月内发生较大变化,堆石料力学性质的劣化会使其强度参数降低从而导致大坝安全稳定性下降,同时使坝体产生附加后期变形。现有的大坝设计中把岩体分成全风化、强风化、弱风化等,一般只考虑风化的现状,很少考虑工程建成以后岩体因风化而对其寿命和功能的影响。随着科技的进步,特别是环境岩土工程的进步,对风化现象从定性描述到定量研究的条件正在逐步成熟。针对单线法和双线法两种试验方法,分别提出了一个能够考虑堆石料风化影响的计算模型,可用于定量分析大坝使用周期内的坝体应力变形特性的变化,在此基础上对大坝内易风化软岩的分区布置进行了探讨。     

花岗岩风化壳分带与岩体基本质量分级关系探讨

 风化壳分带和岩体质量分级对浅埋隧道设计和施工很重要,需对这两套系统定性和定量指标做平行判别。中国东部花岗岩分布区,强风化带(IV)和全风化带(V)、岩体质量III和IV级界限划分上常存在较大分歧。据此,对此问题开展探讨,并通过大亚湾隧道工程实例予以说明。研究表明,浅埋条件下风化壳分带同岩体质量级别空间上有交叉现象,前者是宏观的,后者是细观的,前者控制后者;风化带IV,V和III,IV级岩体涉及到岩土过渡、岩体节理密度、裂隙水和孔隙水等多个指标和因素的复杂变化;岩体质量级别比风化壳带号大致高1.5。     

青岛花岗岩地质性状及纵波测试在岩体工程中的应用

本文以岩体地质为基础，以岩体声波测试为主要手段，并选用岩体纵波速度这一重要的声学参数，进行了岩体风化带的划分和隧道围岩分类，及其与岩石物理力学性质、地基、桩基的承载能力等，分别建立了统计关系，使纵波测试在花岗岩体工程的应用中，总结了经验，并取得了一定的成效。     

福州地铁隧道冻结工程冻土物理力学性质研究

冻土相关的物理力学参数是采用冻结法设计和施工的重要依据。为填补福州地区该类参数的空白,研究通过对福州地铁8种典型地层进行冻土物理力学试验,获得了这些地层的冻土物理力学参数。此外,通过对比发现冻土的物理力学参数与常规土工试验成果之间存在着对应关系,如第四系土层的比热、冻胀率、冻胀力等参数与含水量呈正比关系型,而与渗透系数、压缩模量之间呈反比关系。第四系土层的导热系数、冻结温度、冻土抗剪强度指标等参数与土的含水量呈反比关系型,而与渗透系数、压缩模量之间呈正比关系。处于原位风化的砂土状强风化花岗岩地层的导热系数、抗折强度明显优于第四系风化地层,而冻结温度、抗剪强度指标则无明显差异性特征。     

跨海峡隧道风化槽围岩衬砌防排水技术研究

 采用钻爆法修建海底隧道必须采取有效措施预防塌方、涌水、突泥等地质灾害,海底隧道钻爆法施工时如何安全穿越断层破碎带是工程设计与施工的技术难点。结合厦门跨海峡隧道围岩的特点,研究钻爆法穿越断层破碎带的注浆加固、防排水技术,提出不同围岩条件下的隧道防排水和注浆设计方案。并根据实验室三轴试验结果得到强风化花岗岩渗透系数以及反演的围岩力学参数,分析风化槽隧道衬砌的外水压力分布特点和量值。研究成果为衬砌结构设计以及国内同类型隧道的衬砌防排水和衬砌支护技术设计提供可靠指导。     

厦门海底隧道地层变形监测与机制分析

厦门海底隧道施工过程中,工程技术人员将临着陆域段地层大变形、砂层施工控制、全风化花岗岩地层变形机制以及如何穿越结构交界面和全(强)风化深槽(囊)等诸多难题,这些都迫切需要深入研究海底隧道上覆地层的变形规律以及地层变形发展的机制和控制技术。通过陆域段地层变形实测以及对隧道施工过程进行三维流固耦合数值模拟分析,较好地反应了地层变形的分布、发展规律,地下水的运行、作用机制,以及地层大变形发生的力学原因。同时,也较好地描述了海底隧道中围岩-衬砌结构-超前支护-注浆加固-地下水,这一结构体系在地层变形中的相互影响和相互作用。研究结果可为海底隧道陆域段顺利施工提供了技术参考和安全保障,也为即将通过海域软弱风化深槽作研究准备。研究结果表明,考虑流固耦合作用的数值模拟结果与现场监测、观测结果具有良好的一致性,进一步说明围岩、地下水以及相应的施工控制是海底隧道的三大核心技术要素。     

不同地层盾构隧道管片力学行为研究

盾构隧道施工过程中管片衬砌由于受力复杂,容易发生局部破损的情况。文章依托深圳城市轨道交通5号线区间隧道盾构施工,在现场基于测试方法研究了管片衬砌在施工中的力学行为,对比探讨了隧道下穿软硬不均地层、粘土地层和上覆建筑物的全风化花岗岩层中衬砌所承受的轴力和弯矩。研究结果表明:不同地层中盾构隧道的力学性能有较大差异,但是它们的力学性能变化阶段是一致的。即:当管片刚拼装完成时,在盾壳的保护下,内力较小;管片内力在管片脱出盾尾后达到最大峰值;当管片拼装上一定时期后,管片内力趋于稳定,其内力一般较管片刚脱出盾尾时要小。     

全风化岩层中双线盾构上穿近邻地铁隧道影响分析

依托佛莞城际铁路盾构隧道在全风化花岗岩地层中上穿广州地铁七号线工程,针对全风化花岗岩地层致密、渗透系数小及双层四线叠交穿越复杂地层等特点,通过现场监测与三维动态有限元数值模拟手段,解决实际工程中注浆压力合理取值与既有隧道变形控制这两大难题。其中,通过模拟掘进隧道在不同注浆压力值的工况下,对既有隧道动态上浮变形值和地表沉降值的影响关系,进而确定最佳注浆压力值。同时,由于双层四线叠交穿越工况对既有隧道扰动的影响较大,为避免发生管片错台和开裂等危险,结合工程实际提出控制既有隧道变形的措施。研究结果表明：在全风化地层中注浆压力设为0.5MPa时,能合理控制地表沉降与既有隧道变形;穿越施工对既有地铁隧道竖向变形的影响存在“滞后效应”;盾构单线穿越后,既有隧道竖向变形呈现近似单波峰状的正态分布曲线;盾构二次穿越后,曲线形态由近似正态分布曲线向类“M”双波峰形转变,且波峰位置产生约2m的偏移;既有隧道横断面管片最终变形呈“竖鸭蛋”状,其横向椭圆度为1.4‰,竖向椭圆度为0.71‰。针对分析结果,工程中采取合理的压重措施,有效抑制既有隧道的上浮变形,研究成果在隧道穿越类似地层的施工中具有一定的参考价值。     

基于流固耦合理论的连拱隧道围岩稳定性分析

以湖南省常吉高速公路新修建的一些大跨度连拱隧道为工程背景，基于流固耦合分析理论，利用快速拉格朗日有限差分法对连拱隧道围岩稳定性进行分析。主要考虑流固耦合效应作用时，围岩级别、隧道埋深、地下水位以及施工工法和初期支护等因素对围岩稳定性的综合影响，得到Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ级围岩在各种情况下隧道开挖后围岩最大主应力、洞周位移、塑性区、孔隙水压力分布以及喷锚支护受力特征等结果，探讨连拱隧道开挖渗流机制，并分析深埋连拱隧道开挖后的孔隙水压力场分布特征。研究结果直接指导该高速公路二期工程中的隧道防排水施工和支护措施的改进提高，为富水地层条件下的隧道工程开挖设计提供一定的理论参考。     

昔格达地层隧道变形特性曲线及变形机理研究

昔格达地层隧道围岩开挖后易风化,遇水即泥化等性质严重影响成昆线复线的快速安全施工,因此展开对昔格达地层隧道围岩变形特性曲线及其变形机理等研究具有一定的现实意义。文中通过现场调查,物理力学试验,现场监测,数值模拟和理论研究等手段对昔格达地层隧道变形特性进行深入研究。研究结果表明：昔格达地层隧道主要发生拱顶大变形、水平收敛大和仰拱突泥隆起等,围岩呈现中厚层状、互层状和薄层状等水平层理发育;含水率对昔格达地层隧道围岩的力学性质影响很大;黄色砂岩夹页岩围岩试样压缩模量最小;含水率对灰色页岩夹砂岩围岩试样的黏聚力影响最大,对浅灰色页岩夹砂岩围岩的内摩擦角影响最大;拟合现场监测和数值模拟下的变形特性曲线,得到昔格达地层隧道开挖围岩变形全过程曲线：开挖初期缓慢变形,开挖中期急剧变形,开挖中后期变形减缓和开挖末期变形稳定;同时推导出在弹性、塑性和松动区状态下的昔格达地层围岩变形公式,得到弹塑性昔格达地层围岩变形特性曲线以及四个阶段昔格达地层隧道各部位变形松动区轮廓。最后从力学变形本构模型、物理和化学等角度对昔格达地层隧道围岩变形的力学机理进行分析。     

从实例看花岗岩地基勘察的几个特点

以花岗岩类的硬质岩作为建筑物基础持力层,具有承载力高、稳定性好,抗震性强的特点,被许多重要建筑物所采用,尤其是沿海地区的高层建筑物。但往往此类基岩的层面不够“平整”,基岩层面的变化对基础的设计、施工,尤其是桩基础影响很大。本文通过对某高层建筑进行地基勘察的实例,总结了花岗岩地区风化岩层的几个特征及其在工程勘察中需注意的一些问题。     

基于响应面法的盾构施工膨润土改良参数优化

为确定福州地铁4号线金牛山—工业路盾构区间强风化花岗岩地层中的膨润土改良最优参数,分别选择膨润土泥浆浓度、掺入比和盾构推进速度3个影响因素,以渣土塌落度、渗透系数和改良成本为响应值.采用中心复合试验设计方法进行了20组试验,分别构建了各响应值的响应面函数.试验结果表明,膨润土泥浆浓度、掺入比和盾构推进速度对渣土改良效果...