通省隧道大变形围岩松动圈测试与分析

隧道的稳定性是隧道设计与施工的重中之重,直接影响隧道在施工和以后使用的安全问题,而围岩松动圈又是分析隧道稳定性、进行支护结构设计的一个重要因素,针对特长公路隧道通省隧道施工过程中出现的围岩大变形,采用超声波测试技术对隧道大变形段的围岩松动圈进行探测,同时对松动圈厚度进行了理论验证,理论计算结果与超声波测试结果基本一致,为支护结构的优化设计、有效控制隧道大变形提供了依据和指导。     

用地质雷达测试围岩松动圈的原理与实践

论述了用地质雷达测试巷道围岩松动圈的原理 ,提出了松动圈的实测方法 ,并在煤矿综采放顶煤工作面顺槽中进行了测试实践 .测试获得了整个巷道断面松动圈的分布 ,结果表明综采放顶煤工作面巷道围岩松动圈的大小在断面不同部位有较大差异     

松动圈对隧道围岩地震动力响应的影响

为了实现对埋深的模拟,考虑振动台的载重量,设计并制作了一套质量较轻的柔性伺服气压加载系统.分别开展了考虑和不考虑松动圈的振动台模型试验,同时建立了相应工况的隧道动力计算数值模型,将试验结果与数值计算结果进行了对比.模型试验数据与数值模拟结果规律较为一致,且反映了松动圈的动力响应影响,表明采用柔性加载来模拟埋深产生的地应力的方法是可行的.结果表明:在一定埋深条件下,隧道结构的自身振动特性表现不明显;松动圈的存在增大了隧道结构和周围岩体的加速度响应,从而使结构破坏程度更为严重;无论有无松动圈,结构整体的动力响应规律相似.松动圈对隧道结构地震动响应的不利影响可以归结为松动圈与围岩交界面发生地震波的折射和反射以及松动圈相比于围岩较软弱,地震时更容易发生局部变形这2个因素.     

基于松动圈理论的软岩大变形隧道锚杆支护优化研究

在高地应力软岩区修建隧道时,由于软岩自身强度低、膨胀性强,又受高地应力挤压,若施工措施不当易发生软岩大变形,给工程建设带来巨大困难。根据围岩松动圈理论,采用统一强度准则,考虑中间主应力的影响,分析围岩应力状态,得到适用于软岩大变形隧道围岩松动圈半径计算公式。对安岚高速谢家坡隧道围岩进行弹塑性分析发现,软岩大变形隧道围岩松动圈沿横断面分布并不均匀,呈边墙大拱顶小的趋势,且随大变形级别的升高和支护反力的减小而增大。结合现场测试得到Ⅱ级大变形松动圈厚度拱顶处为6.5~7.0 m,边墙处为7.0~7.5 m;Ⅲ级大变形松动圈厚度拱顶处为7.5~8.0 m,边墙处为8.0~8.5 m,并以松动圈厚度为依据优化系统锚杆长度。对优化段监测可见,围岩变形显著减小,稳定性有效提高。     

茶镇隧道围岩松动圈范围测量与研究

为了向隧道围岩支护设计提供可靠的松动圈厚度理论依据,以茶镇隧道的工程实际为例,通过弹塑性理论分析,采用围岩深部位移测量的方法,计算了茶镇隧道围岩松动圈的分布范围,分析了茶镇隧道围岩松动圈对围岩稳定性、锚杆支护参数设计合理性的影响.研究结果表明:通过理论计算得出的松动圈厚度为1.9mB2.0m.     

钻孔摄像测试围岩松动圈的机理与实践

利用全景钻孔数字摄像技术和数字图像处理与分析方法,研制了全景数字钻孔摄像煤矿巷道围岩松动圈测试系统,该系统由硬件和软件2大部分组成,硬件系统包括高压密封摄像定位磁性罗盘以及微型CCD摄像机等,软件系统则包括钻孔图像实时监视与实时处理(如图像无缝拼接、平面图展开、三维钻孔岩芯生成)以及松动圈的分析程序.在松动圈识别关键技术中,提出了用钻孔图像中围岩裂缝的圆形度指标作为判断围岩松动圈标准的新思路.首次将其应用于山东七五煤矿深井围岩松动圈的测试工作,获得了围岩松动圈厚度值在巷道断面不同部位有较大差异的分布规律,并和传统的围岩松动圈超声波测量法比较,误差在3.5%之内,验证了钻孔摄像技术测量松动圈的可靠性,为高应力地下工程围岩松动圈厚度值的测试提供了新的方法.     

软岩浅埋连拱隧道施工围岩变形特征分析

为研究软弱破碎围岩浅埋连拱隧道施工过程中围岩变形特性,依托陕北某连拱隧道实际工程,通过现场布设监测仪器系统开展了拱顶沉降、围岩变形长期测试,获得了随施工过程拱顶沉降及围岩径向变形规律。结果表明：地表沉降近似于Peck沉降曲线,越靠近隧道中心地表沉降越大,最大沉降值产生于左线隧道开挖落底后,约为12.1 mm;拱顶沉降沿隧道纵向变化规律为：中导洞>正洞>左右侧导洞,中导洞表现为拱顶下沉,侧导洞则是水平收敛,上台阶施工因未临时仰拱封底而其收敛变形显著大于下台阶施工;随距隧道壁面距离增加,测点累计变形量逐渐减小,K21+970测试断面围岩松动区约2 m,因测线布置限制,K21+970测试断面松动区超过4 m。     

深部高应力松散破碎软岩巷道支护技术研究

云南某铅锌矿860坑550中段阶段运输大巷应力高,围岩松软破碎,难于支护,严重影响着矿山的生产.在现场岩体结构调查和室内力学实验的基础上,采用声波测试法对该巷道3类不同围岩进行了3个断面的测试.测试结果表明:550中段1号监测断面层纹灰岩和2号监测断面结晶灰岩的松动圈厚度为1.3 m,属于中松动圈Ⅲ类围岩;3号监测断面一般千枚岩松动圈厚度为2.0 m,属于大松动圈Ⅳ-Ⅴ类软岩.根据巷道三类围岩松动圈测试结果,分别提出了相应的支护措施.通过FLAC3D数值模拟软件对一般千枚岩支护措施和方案进行了优化.最后在550中段开展了一般千枚岩巷道的支护试验,现场监测结果表明巷道支护效果良好.研究成果为类似巷道的支护方法提供借鉴.     

地震层析法在调查铁路路基塌陷区中的应用

铁路路基沉降、塌陷将严重影响列车的行车安全。快速而准确地圈定沉降塌陷区对施工治理设计有着重要的意义。造成铁路路基沉降、塌陷的地质原因是多种多样的。对于浅部(<50m)地质因素造成的,可以采用地震层析方法来确定沉降塌陷区的速度分布,从而推测出沉降塌陷区的范围及地质原因,为施工治理设计提供参数。通过地震折射、孔间及路基两侧地震透射,利用SeisImager软件进行射线追踪,可以准确地圈定沉降塌陷区的范围。SeisImager软件使用最小走时树方法进行射线追踪,其算法的适应性非常强,是较好的地震折射和孔间地震透射层析法的解释软件。     

岩溶区特大断面小净距隧道群综合探测成果分析

为保证某岩溶区特大断面小净距隧道群安全施工,采用高密度电阻率法勘探、钻探及声波测试对该隧道群围岩进行了综合探测。高密度电阻率法勘探成果显示测线内覆盖层厚度在0~1.3 m之间,强风化层厚度在4.0~21.0 m之间,基岩表面溶沟溶槽发育,并推测了存在溶洞的位置。声波测试结果显示隧道围岩为可溶岩,岩溶微发育;隧道围岩完整性系数在0.49~0.64之间。现场已施工的37个钻孔中,有2个遇溶洞/裂隙,钻孔遇洞率5%。高密度电阻率法勘探与钻孔及声波测试所得的地下地质体信息吻合。综合物探成果很好地解释了隧道群围岩的地质情况,可以作为岩溶区特大断面小净距隧道群隧道设计、施工的初步依据。     

提高浅层地震折射波法在隧道勘察效果的举措

地震折射波法以其能够确定折射界面的速度而广泛用于工程地质勘察。但因其解释受地表条件及界面形态的影响而表现出多解性。本文以温福高速铁路某段测线内隧道工程地质探测为例,阐述了浅层地震折射波探测方法用于查明隧道的基岩埋深、围岩类别、断层位置等地质勘察任务所采用的举措,以提高其勘探精度。实际资料解释结果表明,基于长排列追逐时距“差数法能较好地确定隧道围岩的速度。     

物探方法在隧道勘查中的应用探讨

通过对若干隧道的物探勘查表明,合理的运用高密度电法、地震折射波法和瞬态瑞雷波法以及声波测井法,可以有效的查明隧址区第四系覆盖层厚度、基岩垂向分带情况,推定断裂等构造破碎带的位置和产状,计算岩体波速、划分围岩级别,为隧址区的工程评价和隧址的合理选择提供科学依据。指出目前折射波法勘探存在的局限性,强调综合物探的合理性。提出采用高密度电阻率法、声波测井法和瞬态瑞雷波法的综合勘查方法进行隧道工程物探勘查,期望能为今后的隧道物探勘查提供指导。     

PS测井在公路隧道勘察中的应用

介绍了单孔法PS测井的原理极其相应的数据处理方法。通过获取地震波经过不同深度的岩土的直达波旅行时便可求得纵横波波速,进而通过弹性波理论基础即可根据纵横波速度计算出泊松比、剪切模量、扬氏模量、体积模量、拉梅常数、风化系数、岩体完整性系数、岩体波速等岩土动力学参数。这些参数可对隧道围岩等级做出评定,为隧道设计提供必要的依据。同时,由PS测井所得到的土层及强、中、弱风化层的纵横波速还可对面波和折射波勘探中风化层位的划分起标定作用。文中结合某一具体公路隧道勘察的应用效果,展现了该方法获取岩土动力学参数的有效、快捷的特点及其在隧道勘察中的应用前景。     

改进粒子群算法在地下工程反分析中的运用

结合粒子群算法和变尺度法的特点,充分考虑二者的互补性,提出一种改进粒子群优化算法,并将其运用于地下工程增量位移反分析中.根据围岩松动圈的形成特点,提出采用分区分块的方法模拟围岩松动圈的影响,各分区的岩体力学参数不同并作为待反演参数.此法是反分析中考虑围岩松动圈影响的一种新途径.通过某大型水电站工程地下厂房的实例进行验证,得到比较合理有效的结果,反演得到的物理力学参数可信,可用于后期预测.该研究为地下工程反分析提供了一些切实可行的方法和思路.     

折射波层析成像在探测煤田陷落柱中的应用

在煤矿巷道内进行的地震勘探,主要利用反射波和槽波信息确定采区的断层、陷落柱等地质异常。也可用穿过煤层的初至波来进行层析成像,但效果较差,主要原因是其中包含折射波,并且是三维问题,不易进行层析成像。本文对初至波进行适当的校正,以满足层析成像的条件,探测陷落柱位置。在本文的研究中主要用到的方法和对层析成像的改进包括：初至折射波校正。根据折射波传播规律,用模拟退火法求得炮点延迟时和检波点延迟时,从而将初至折射波旅行时校正为炮点和检波点位于折射界面上的初至旅行时。在用快速推进法（Fast Marching Methods,FMM）进行射线追踪时进行了炮点网格加密处理,提高了反演的精度。在层析成像迭代过程中对模型进行了九点平滑处理,改善了层析成像的效果。本文研究的方法应用于某煤矿工作面井下巷道的地震勘探数据,层析成像结果显示能较好地确定工区内陷落柱的分布范围。     

倾斜断层面上的折射波时距曲线特征及解释方法对比

地震折射波法以其能够确定折射界面的速度而广泛用于工程地质勘查中,但因其解释受到地表条件及界面形态等多种因素的影响而表现出多解性.本文推导出倾斜断层界面上的折射波时距方程,设计不同类型的断层模型,正演计算出折射波传播路径及时距曲线,进而分析断层对折射波的影响,用以作为指导野外实际数据解释的理论依据.同时,采用t0-差数法和哈雷斯法解释得到速度和深度,通过比较分析其与理论模型的误差,分析了解释方法的适用性.     

断层破碎带突水最小安全厚度的筒仓理论分析

隧道临近富水断层破碎带时易发生突水突泥灾害,防突岩盘最小安全厚度的确定是关键问题.为此,基于筒仓理论和极限平衡方法,分别建立隧道轴线与掌子面正交和平行时的断层破碎带突水力学模型并且推导防突岩盘所受地应力的计算公式.在此基础上,得出富水断层破碎带突水突泥的力学判据,并分析断层破碎带宽度对防突岩盘最小安全厚度的影响.最后,将理论研究成果应用于永莲隧道和祁连山隧道工程中.理论分析表明:断层破碎带宽度小于200 m时,断层破碎带宽度对防突岩盘最小安全厚度的确定影响显著.经过计算,永莲隧道的防突岩盘最小安全厚度为7.34 m,实际工程中未预留足够安全厚度而发生突水事故;祁连山隧道F6、F7断层破碎带的防突岩盘最小安全厚度分别为10.22和11.59 m,实际工程中预留了12 m顺利通过断层带,表明理论计算值与工程实际比较符合,具有一定的可靠性.     

Serviceability analysis of deep underground openings driven in jointed-rock

The performance of underground excavations is inevitably influenced by rock mass characteristics, presence of joints and their geometrical properties, depth below surface and state of in-situ stress field. The objective of this paper is to investigate the behaviour of deep underground tunnel opening existed between two bedding planes, Such planes weaken the strength of rock mass and may cause rock slippage/rotation along them. Therefore, the state of stress-displacement, after tunnel opening has been introduced, is examined using two-dimensional elasto-plastic finite-elements code, RS~(2D). The results indicate that, there is significant drop in the normal stress along joints over tunnel opening; slip occurs due to reversal in the direction of shear stress(e.g., inward shear displacement is produced) and there is discontinuity in the strength contours of rock surrounding tunnel after they have been intersected by bedding planes.     

大坝建基岩体物理探测方法应用

大坝建基岩体弹性波检测工作是检测建基岩体施工质量的重要手段,是保证设计要求,确保坝体安全的重要措施,通过地震波法、超声测井法、声波跨孔法等多种综合物探方法的检测,提出岩体量化的物理参数,在大坝特定的基岩条件下,为工程界定建基岩体的质量提供有价值的判据。工程上较常用的有弹性波法评价建基岩体质量、声波波速随钻孔深度变化的曲线来确定爆破影响带、了解断层破碎带或裂隙密集带平面影响范围和垂向影响深度、通过基岩灌浆处理前后弹性波的变化来评价处理效果、其检测成果为工程质量评价和验收工作提供了重要依据。