粉质黏土重粉质壤土基础渠道冻胀分析

总结分析了以粉质黏土重粉质壤土为基础的渠道 ,采用混凝土U形槽、混凝土预制板、塑膜土渠 3种衬砌方式的冻胀情况     

粉质黏土边坡稳定性分析研究

粉质黏土广泛分部于我国西北地区,这种土遇水极易发生软化崩解,在该种土质中修建水利工程存在边坡稳定性问题,因此有必要开展相关分析研究。采用刚体极限平衡法,对西北某地粉质黏土边坡进行稳定性分析,同时应用FLAC3D数值模型分析了暴雨工况下边坡变形情况。研究表明,在正常情况下,该边坡稳定性较高。但在暴雨工况下,粉质黏土遇水后抗剪强度减小,边坡稳定性降低,有滑坡危险,并针对该情况给出了合理的加固措施。     

小孤山水电站坝基粉质黏土层成因及工程地质特性研究

闸坝基础要求同于混凝土重力坝,河床覆盖层深厚,结构复杂,特别是淤积粉质黏土层最厚达18m,坝基存在不均匀沉陷、渗透稳定和抗滑稳定等问题,本工程的主要工程地质任务是研究该层的工程地质特性、解决坝基基础加固处理措施。     

软弱粉质黏土层隧道工程冻结实验设计与仿真分析

针对软弱粉质黏土层中修建隧道工程,一般可考虑冻结法施工,我国隧道冻结法施工通常基于经验公式开展设计,对冻结帷幕扩展过程、最终冻结效果缺乏有效的检验和验证。本文依附深圳地铁某通道冻结法施工为工程案例,开展了软弱粉质黏土层中冻结试验工程的冻结施工设计、设计冻结效果的预测与检验、冻结水热耦合数值模拟,以及数值模拟冻结效应等研究工作,以期更好地揭示冻结帷幕的形成过程。研究结论对软弱粉质黏土层隧道工程冻结实验设计和与其数值模拟具有一定的指导意义。     

超固结粉质黏土静止土压力系数原位试验研究

静止土压力系数K₀是岩土工程设计施工中的重要参数,其影响因素众多、变化特征复杂,合理地选取K₀测试分析方法是保证成果可靠性的关键。针对哈尔滨市超固结粉质黏土地层,开展了现场原位水平应力试验(KSB)、扁铲侧胀试验(DMT)与旁压试验(PMT)以及室内K₀固结试验,获得了超固结粉质黏土地层K₀分布特征,类比分析了KSB与其他测试方法的相关性、差异性和适用性。研究表明：KSB试验有效避免了常规“压入式”测试的经验性与扰动性问题,具有操作便捷、精度高等优点,测得场地超固结粉质黏土K₀值介于0.45～1.81之间,并沿深度方向逐渐降低;室内试验取样过程和PMT预钻成孔过程会引起原始水平应力释放,而再加载无法完全恢复其初始值,从而导致二者测试结果偏低;DMT的有效性取决于经验公式的选取,Marchetti公式高估了K₀值,而国内上海、苏州、杭州、西安等地区经验分析结果整体偏低,通过修正Marchetti公式,给出适宜于哈尔滨地区的超固结粉质黏土的K₀     

交通荷载作用下焦作地区饱和粉质黏土变形特性及影响因素分析

为研究焦作地区长期交通荷载作用下典型饱和粉质黏土变形特性,利用动三轴试验方法对原状粉质黏土进行单样逐级和多样恒定幅值动力加载试验,从应变-振动次数变化曲线、动应力-应变滞回曲线2个方面重点分析了动应力、围压、固结方式以及振动频率对土体变形的影响。结果表明:焦作地区典型粉质黏土动应变随振动次数变化模式主要分为稳定型和破坏型,很少出现临界型;单样逐级加载会使土体强度增大,结构产生破坏所需的动应力幅值升高,平行多样恒定幅值加载中试样破坏前后可能存在一个明显的临界动应力值,动应力超过临界值后,试样变形急剧增长,低振动次数内便产生破坏;围压、固结比增大都会使土体强度升高,产生的可恢复弹性变形减小;振动频率对土体变形的影响可能存在一个临界频率值,在这个值前后土体变形都会增大。研究成果对保证研究区交通设施的安全运营具有重要意义。     

基于监测的深埋引水隧道原始水头分析

针对"荷载—结构物"模型,基于现场实测数据资料,在深埋隧道围岩轴对称假定前提下,基于渗流理论推导出施工期隧道开挖后围岩内水压力分布的解析解,研究远场稳定水头与远场稳定水头半径的相互关系,提出通过现场围岩地下水水压监测数据反推远场稳定水头和远场稳定水头半径的思路和方法。以引汉济渭工程越岭段隧道为例,根据施工期地下水的水压监测资料,分析了部分洞段隧道部位的初始水压力及隧道开挖后形成的稳定远场水头半径,得到衬砌结构外水荷载。结果表明:在隧道内只要测到某一围岩深度的水头值,就可以确定远场稳定水头与影响半径;洞段K77+993断面围岩深度14 m处压力水头为10.50 m,则远场稳定水头为39.65 m,影响半径43.65 m。研究成果能够为注浆和排水设计提供借鉴和参考。     

大地电磁测深法在深埋隧洞勘察中的应用

针对大深埋超长越岭隧洞埋深大、地质与水文地质条件复杂、地面自然条件复杂严苛等问题,为了在隧洞建设中现场勘察隧洞沿线的工程地质条件和水文地质特征,选择对地形适应性较强、探测深度大、具有一定探测精度的大地电磁测深法,结合部分隧洞工程勘察实例分析了不同岩性、断裂构造特征、岩体富水性和围岩类别的电磁特性,并利用施工开挖和钻探等方法对勘察精度和可靠性进行比较。据此,总结提出了判别标准,同时也分析了该方法的适用条件和局限。结果表明:电阻率很低的软岩岩体富水性一般较强,硬岩地下水活动强烈的岩体电阻率主要受地下水性质控制,岩石强度和完整性的影响微弱。随着埋深加大地应力会逐渐提高,岩体压密导致电阻率逐渐提高,不宜采用浅部的电阻率指标判断深部岩体的富水性。软岩Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类围岩按电阻率分类标准分别为200Ω·m、50~200Ω·m、50Ω·m;硬岩优于Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类围岩按电阻率分类标准分别为5 000Ω·m、1 000~5 000Ω·m、100~1 000Ω·m、100Ω·m。大地电磁测深法是深埋地下工程较为有效的勘察手段,可供类似隧洞工程参考借鉴。     

长大深埋水工隧洞设计关键技术研究与实践

在分析我国长大深埋隧洞发展历程及研究现状的基础上,阐述了长大深埋隧洞工程遇到的主要工程地质问题,并结合多年积累的调水工程设计、施工、管理等经验,总结已完工及在建的高埋深长隧洞遇到的实际情况,针对突涌水、突泥和涌砂、岩爆、围岩大变形、高地温、高地应力、高外水等多种极为复杂的工程地质问题进行了分析和探讨。结果表明:在长大深埋隧洞设计前期,结合工程主要地质问题进行TBM设备选型至关重要;设计及施工过程中采用数值模拟、试验研究、超前地质预报、现场监测等手段,对高外水、软岩大变形、岩爆、高地温等不良地质洞段进行分析研究并动态调整设计;不良地质条件掘进易采用三低(低推力、低转速、低贯入度)、一快(快速掘进)、一连续(掘进)、宁慢勿停的掘进原则,可以避免国内外类似工程灾难性的后果发生。     

高地温条件下深埋隧洞围岩温度—应力分析及施工对策

以位于西昆仑山区的齐热哈塔尔水电站引水发电隧洞高地温洞段为例,初步分析了工程区隧洞高地温洞段大地热流背景及其形成机理,针对隧洞围岩的高地温分布特征,建立典型高地温洞段地质模型,利用有限元软件模拟隧洞施工贯通通水后的围岩岩体温度场,并由此来推断热应力对于围岩稳定性的影响。结果表明,围岩温度90℃以上、空气温度50℃以上的高地温洞段,内外温差大于10℃(里低外高),若采用无衬砌和一次支护方案对高地温洞段围岩进行支护,该洞段内大部分区域的最大主拉应力将超过C25混凝土的抗拉强度,易产生整体拉裂破坏;若采用钢筋混凝土衬砌结构方案,则可以通过增加衬砌结构的配筋量来降低其最大主应力值,此时隧洞围岩及衬砌结构均未出现整体拉裂破坏。研究成果能够为保证该高地温隧洞的安全运行提供可靠的设计依据。     

齐热哈塔尔水电站大深埋长隧洞关键技术难题及对策

齐热哈塔尔水电站工程发电引水隧洞存在隧洞长、埋深大、高地应力、岩爆和高地温等复杂工程地质问题,因此,对隧洞围岩稳定、施工期安全、隧洞支护荷载和衬砌型式等的研究至关重要。通过采用现场围岩变形和地应力释放测试、数值模拟反演分析和衬砌时机试验研究等方法,分析了深埋长隧洞高地应力与岩爆的产生机理、岩爆特征和破坏形式,以及高地温的成因,研究了高地应力、岩爆和高地温对施工、衬砌荷载和衬砌型式的影响。针对上述问题对策如下:对于高地应力围岩洞段,开挖完成后,初期支护采取时间滞后的方式消减高地应力;对于岩爆洞段,采取主动预防措施和强施工支护,确保施工安全,将岩爆发生的可能性及岩爆的危害降到最低;对高地温洞段开挖采取通风、在掌子面和风带口放置冰块、对掌子面和附近岩体喷水等降温措施,而且完善和优化了隧洞一次支护和二次衬砌设计。这些措施保证了引水隧洞的施工和运行安全,对类似地质条件的隧洞工程设计和施工具参考价值。     

粉质黏土原位地震动参数测试及模型参数反演分析

为解决目前现场原位地震动参数较难获取的问题,自行研发了土体地震动参数原位试验测试系统,该系统包括可移动系统、荷载伺服系统、动力反应系统和数据采集系统四部分,利用该系统对南京某工程场地进行了土的现场非线性剪切模量试验,得到了粉质黏土的现场非线性剪切模量G-logγ曲线和G/G_max-logγ曲线,发现当剪应变γ超过0. 1%时,动剪切模量G减小的速度愈来愈快,反映了土在动荷载作用下非线性及应变累积性的特点。此外,基于Martin-Davidenkov模型,采用遗传算法对现场试验结果进行了反演分析,得到了该试验地区较浅土层内的模型参数取值范围。     

齐热哈塔尔水电站工程深埋隧洞块状岩体岩爆区施工防护措施

以有效解决深埋隧洞工程施工中高地应力作用下的岩爆问题为目标,结合齐热哈塔尔水电站工程深埋引水隧洞的特点,针对不同位置、不同破坏模式的岩爆特点,采用了短进尺控制爆破开挖,配合应力解除爆破开挖、危石清理及高压水冲洗、及时喷射混凝土覆盖岩面、及时实施防岩爆锚固措施(包括快速锚杆、挂网、钢拱架等)和后续实施系统锚杆支护等一系列施工防护措施。结果表明:在板裂破坏与层裂破坏为主的区域,出现因锚杆角度不合适而出现持续破坏一般发生于中等岩爆区;局部应力集中严重的区域存在不规则块状弹射和剥落现象,一般发生于随机锚杆或系统锚杆的支护区;实际施工中应采用打设应力施放孔、在顶拱和掌子面范围内喷水、及时封闭开挖岩面等预防措施。研究成果可供其他地下工程岩爆区的施工防护参考。     

高外水压力下深埋隧洞衬砌与围岩联合承载设计研究

在深埋隧洞的设计中,高外水压力常常成为制约隧洞结构设计的关键因素。本文结合新疆某深埋隧洞工程,秉承衬砌与围岩联合承载的设计理念,考虑固结灌浆对围岩的加固及堵水作用,对比分析了灌浆圈厚度、渗透系数及排水孔深度和布置对外水压力的影响。同时,通过有限元方法模拟固结灌浆圈与衬砌间的接触粘结作用关系,从接触粘结强度的影响机制出发,分析了高外水条件下隧洞衬砌、固结灌浆圈、原状围岩之间的传力性能,得到了不同粘结强度下隧洞支护结构的承载状态,并据此实现了对隧洞衬砌—围岩系统联合承载能力的评价,从而完善和优化了支护设计。     

马蹄形引水隧洞的断面优化研究

高水头是引水隧洞设计中的难点之一,容易造成隧洞的衬砌破坏等问题。针对马蹄形隧洞结构内力偏大的问题,结合理正软件和有限元分析软件两者的优势,采用两种形式,即:侧弧段渐变衬砌厚度优化和断面尖角的"倒角"优化,对该隧洞进行了优化设计,得到经济可行的隧洞优化断面形式。研究发现:与原设计断面相比,这两种优化断面均可有效地提高结构的承载能力;相比渐变侧弧衬砌厚度优化,"倒角"优化更加经济可行。提出的优化设计方法与结论可为其他工程提供借鉴经验。     

高压固结灌浆在粉质粘土中的可灌性试验

南盘江天生桥二级水电站属引水式水电站,装机容量为1 320 MW,3条引水隧洞平均长约9.7 km,内径8.7～9.8 m.通过对天生桥二级水电站Ⅲ号主洞第6不良段灰黑色粉质粘土和粘土夹块石这两种介质的灌浆试验,本次不良地质段深孔高压固结灌浆在实际施工中共布置灌浆孔230个,注入水泥约3 944.88 t,平均单位注灰量339.7 kg/m,可形成结石约2 960 m3,相当于待处理地层34 277 m3的8.6%.证明这种地层介质具有很强的可灌性,高压固结灌浆可以改善这两种介质的物理力学性能,本灌浆试验的成功,为以后处理同类地层提供了科学依据和宝贵的经验.