高压压水试验在呼和浩特抽水蓄能电站中的应用

对于水库大坝、深埋地下工程等水头很高的工程,常规压水试验结果不能反映实际水头压力作用下岩体的渗透特性。为了确定岩体在不同压力作用下渗透特性的变化规律,在呼和浩特抽水蓄能电站高压岔管区专门做了3个钻孔高压压水试验。通过研究压力-流量关系曲线和岩体透水率Lu值了解岩体渗透特性。现场高压压水试验按三级压力、五个阶段进行。三级...     

水压致裂应力测量在广州抽水蓄能电站设计中的应用研究

在高压输水隧洞及地下厂房围岩中，遇水膨胀的蚀变岩带十分发育。但根据水压致裂原地应力的测量结果及最小主应力设计准则，广州抽水蓄能电站的高压输水隧洞甚至高压岔管段均取消了钢衬。电站建成以来的安全运行表明，该设计是完全合理的。实践表明：在充分利用岩体自身的承载能力，优化工程设计方面，水压致裂原地应力测量具有十分重要的意义。     

高压引水隧洞陡倾角断层岩体高压压水试验研究

结合一抽水蓄能电站高压岔管区高压压水试验,详细介绍了具有陡倾角断层岩体的高压压水试验方法及试验成果。探讨了岩体高压下水力劈裂区扩展的波动理论和渗透破坏特性,明确了岩体与土体渗透破坏形式差异。试验首次对岩体内的渗透压力和变形进行了同步测量,以了解高压条件下岩体的渗透变形特性。在高孔隙压力作用下,岩体的变形发展试验成果表明,岩体应力和稳定性分析过程中孔隙压力的作用不可忽视,因此采用耦合理论对高孔隙压力环境下的工程岩体进行分析有助于降低围岩失效风险。     

地应力对裂隙岩体渗流特性影响的研究

岩体总是赋存于一定的渗流场与应力场中的，研究地应力场对渗流场的影响具有重要的意义。首先分析了裂隙岩体渗流运动的基本规律，研究了应力对渗流作用影响的机理。在此基础上，结合甘肃某工程进行了现场地应力测量及高压压水试验，并且作了大量地表的、钻井岩芯的节理裂隙地质调查，得到了该地区的地应力值和渗透系数值。然后通过回归分析，可以发现该地区渗透系数随地应力值的增大呈负指数递减的变化规律。     

地下水封石油洞库渗水量预测与统计

渗水量规模与空间分布特征是地下水封石油洞库建设中的关键问题。以中国首个大型地下水封石油洞库项目为背景,采用经验公式、有限元法计算和现场实测等方法研究了该洞库渗水量规模和空间分布特征。在大量现场岩体渗透性试验基础上,获得了可靠的岩体渗透系数,采用经验公式和数值计算等方法对洞库渗水量规模和空间分布特征进行了预测。根据现场揭露的渗水形态,统计了洞库渗水量规模,获得了渗水量空间分布特征,调查了渗水部位地质特征,据此提出了渗水量控制标准和有针对性的工程注浆防渗对策。通过对比预测与统计结果,讨论了渗水量规模预测方法适用性和渗水量空间分布特征离散性等问题。研究成果为提高中国地下水封石油洞库建设水平提供了理论支持,并为复杂条件下地下工程渗流特性研究提供了工程实例。     

地下高压钢筋混凝土岔管渗水开裂三维数值分析计算

根据地下高压钢筋混凝土岔管受内水压力初砌开裂后的渗流场变化特征，提出了高压管道内水外渗的渗流场与应力场耦合的三给有限元数值分析方法。根据地下高压钢筋混凝土岔管衬砌开裂破坏规律，给出了高压管道受内水压开裂的裂缝宽度估计公式和混凝土衬砌结构的配筋计算方法。通过对实际工程的分析计算，论证了高压管道内水外渗的初砌结构配筋的影响，为地下高压管道的设计提供了一种有效的分析方法。     

裂隙岩体应力渗流耦合模型在压力隧洞工程中的应用

首先，通过三维有限元方法数值模拟山西万家寨引黄工程高压出水岔管在通水期间围岩和衬砌中的渗流场特征；然后，结合工程通水期间渗压计和多点位移计的监测结果，分析岔管衬砌和围岩内的渗透压力的分布规律及岔管围岩的位移场变化规律。工程实践表明：在围岩弹性模量小于钢筋混凝土弹性模量的情况以及满足围岩的水力劈裂压力大于岔管内压的条件下，岔管钢筋混凝土衬砌方案是切实可行的。研究成果对其他类似工程的设计和施工具有一定的指导作用。     

岩石Kaiser效应测定地应力场的试验研究

用单轴压缩试验测试岩石Kaiser效应特征，进而确定岩体地应力状态的方法，在岩体工程实践中得到广泛的应用。由于运用Kaiser效应法测得的地应力值是新构造应力场最近时期的地应力，对新建西安-南京铁路秦岭越岭地区采用岩石声发射的单轴压缩Kaiser效应法结合微构造法对其地应力场进行研究，得出其现代地应力场总体方向为NE向、各测点处的地应力的具体方向及基本地应力值15MPa，试验结果与实际情况基本吻合。     

高压地下钢筋混凝土岔管的设计准则探讨

从地下钢筋混凝土岔管的位置选择入手，对高压岔管在内外水压下的工作状态和限裂设计问题进行了讨论分析，指出高压地下钢筋混凝土岔管应按透水衬砌理论进行设计，应以围岩在高内水压力作用下不会发生大的水力劈裂作为钢筋混凝土岔管可行性的依据。     

一种新型绳索取芯钻杆内置式双管水压致裂地应力测试方法及其应用

综合论述水压致裂地应力测量理论和技术的发展过程,讨论基于推拉阀控制的单管加压系统或由外置式高压软管与钻杆组成的传统双管加压测试的水压致裂技术及适用条件。针对滇中引水工程勘察阶段大量采用绳索取芯钻探技术进行复杂地质条件地质勘探的实际情况,以绳索取芯钻杆条件的岩体地应力测试为研究对象,研究一种新型绳索取芯钻杆内置,并分段固定式双管水压致裂地应力测试方法,研发相应试验测试装置,对测试过程控制以及相应管道压力损失估算等进行研究和讨论。利用该项技术成功进行5个测孔56个测段的地应力测试,最大测试深度为724 m。该测试方法解决了传统水压致裂地应力测量方法不能直接应用绳索取芯钻杆的难题,对复杂条件下的工程岩体地应力测试问题提供了一种新的测试技术手段。     

连续配筋水泥混凝土路面荷载应力分析

本文采用空间有限元方法对连续配筋水泥混凝土路面荷载应力作了分析，建立了裂缝弹簧模型并提出考虑裂缝处传递水平力的局部迭代法。通过计算，确定了车辆荷载作用下的临界荷位、钢筋受力的最不利荷位以及最佳裂缝间距的下限值，分析了横向裂缝间距、地基模量及配筋率对荷载应力的影响     

Full stress and displacement fields for steel-lined deep pressure tunnels in transversely anisotropic rock

An analytical solution is derived that provides closed-form formulations for stresses and displacements for a deep pressure tunnel in a transversely anisotropic rock, with a steel liner, and subjected to a uniform internal pressure. For the derivation, it is assumed that the tunnel support includes a thin steel liner, concrete backfill and that there is an annulus of damaged rock around the concrete. It is also assumed that all materials remain elastic and that the concrete and the damaged rock cannot transmit shear or tangential stresses. The solution is verified by providing comparisons between its results and those from the Finite Element program ABAQUS. For thin steel liners, it can be assumed that the contact pressure between the different materials is uniform, and thus the bending moments in the liner are negligible. This is due to the low bending stiffness of the steel liner. The paper is inspired by and expands the work by Pachoud and Schleiss (2015) who conducted an extensive numerical parametric analysis to obtain correction factors that, when used with an analytical solution for isotropic materials, approximate the maximum principal stress in the liner and intact rock.     

Empfehlung Nr.19 des Arbeitskreises 3.3 – Versuchstechnik Fels – der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik e.V.: Messung der Spannungsänderung im Fels und an Felsbauwerken mit Druckkissen

Measurement of stress changes in rock and rock mass and structures with pressure cells. Excavations change the stresses in the surrounding rock mass. To safeguard engineered structures the rock stresses are measured with pressure cells. This recommendation describes the emplacement of pressure cells into engineered structures and the surrounding rock mass and the measurement of stress changes. Pressure cells combine with stress sensors to stress measuring devices and are filled with hydraulic fluid. The stress sensors measure either the volume change (deformation principle) or the hydraulic pressure (compensation principle) in the pressure cells. Pressure cells disturb the rock stresses least if there stiffness is equal to that of the surrounding rock. Stress concentrations can also be limited by a suitable design and a low height/width ratio of the pressure cells. The attainable measuring accuracy is determined by the selected type and calibration of the pressure cell, the quality of the emplacement, and the value of the measured stress change. The recommendation concludes with the planning and implementation of tunnel cross‐sections for stress change measurements, the data acquisition and evaluation, the reporting, and the documentation.     

大断面黄土隧道中型钢与格栅适应性的对比试验

正在修建的郑州-西安铁路客运专线大断面黄土隧道,开挖面积达160m2,因此,开展型钢拱架与格栅拱架研究,明确型钢拱架和格栅拱架的适用条件对设计和施工都具有重要的指导意义。研究方法采用现场对比试验,为了使试验结果有可比性,选取试验条件基本相同的贺家庄隧道洞身段作为试验段,分别设置型钢拱架段40m和格栅拱架段40m。测试内容有:拱顶下沉、拱脚下沉、水平收敛、围岩压力、初支钢架应力等。试验结果表明:格栅拱架比型钢拱架的沉降略大,水平收敛基本相等;格栅拱架比型钢拱架应力小,且应力分布相对均匀;土压力普遍很小,但格栅拱架土压力更小些;隧道掘进四榀钢架(3.2m)后,钢架沉降达总沉降的26%左右,最大应力达总应力的33%左右。经综合分析认为型钢拱架及格栅拱架均能适用于IV级黏质老黄土隧道,但格栅拱架更具优越性。     

Principles of rockbolting design

This article introduces the principles of underground rockbolting design.The items discussed include underground loading conditions,natural pressure zone around an underground opening,design methodologies,selection of rockbolt types,determination of bolt length and spacing,factor of safety,and compatibility between support elements.Different types of rockbolting used in engineering practise are also presented.The traditional principle of selecting strong rockbolts is valid only in conditions of low in situ stresses in the rock mass.Energy-absorbing rockbolts are preferred in the case of high in situ stresses.A natural pressure arch is formed in the rock at a certain distance behind the tunnel wall.Rockbolts should be long enough to reach the natural pressure arch when the failure zone is small.The bolt length should be at least 1 m beyond the failure zone.In the case of a vast failure zone,tightly spaced short rockbolts are installed to establish an artificial pressure arch within the failure zone and long cables are anchored on the natural pressure arch.In this case,the rockbolts are usually less than 3 m long in mine drifts,but can be up to 7 m in large-scale rock caverns.Bolt spacing is more important than bolt length in the case of establishing an artificial pressure arch.In addition to the factor of safety,the maximum allowable displacement in the tunnel and the ultimate displacement capacity of rockbolts must be also taken into account in the design.Finally,rockbolts should be compatible with other support elements in the same support system in terms of displacement and energy absorption capacities.     

利用围压下岩石的凯泽效应测定地应力

随着地层深度的增加，岩石Kaiser效应相对的应力会接近并且超过岩石的单轴抗压强度。此时无法再利用常规岩石Kaiser效应测定地应力，而利用围压作用下岩石的Kaiser效应可测定深部地层地应力。通过对同一深度地层的岩术施加一组递增的围压，研究了围压对岩石Kaiser效应的影响，提出了利用围压下岩石Kaiser效应测定地应力的实验室方法，并且论述了其测定原理。通过系统的实验研究，发现岩石的Kaiser效应相对应的应力与所受的围压呈线性关系，并得到了统计回归直线。将实验结果应用于现场的地应力计算，地应力实验测量结果与现场水力压裂实验结果具有较好的吻合度。从而解决了深部地层中地应室内实验测定问题。     

黄土隧道锚杆受力与作用机制

 为探讨黄土隧道锚杆作用效果及机制,对陕西省吴堡-子洲高速公路上3座黄土隧道中的48根锚杆应力进行现场测试和统计分析,结果发现：黄土隧道在钢架支护条件下,拱部系统锚杆受压且应力值较小;拱脚处锁脚锚杆以受拉为主,锁脚锚杆应力普遍大于拱部锚杆应力。从土体的变形和锚杆与土体的锚固效果2方面分析黄土隧道拱部系统锚杆的力学状态,分析认为隧道开挖后,浅埋黄土隧道拱部发生整体沉降,锚杆并不存在锚固段;深埋黄土隧道开挖后土体产生较大塑性区,目前以“短而密”原则设计的系统锚杆也不存在锚固段;锚杆与土体采用水泥砂浆或药卷式锚固剂黏结效果差,因而黄土隧道锚杆锚固力不大;锚杆锚固于初期支护上,并伸入土体中,从内部约束土体变形,在初期支护施作后,相对于土体的后续变形,拱部系统锚杆受到土体向下的摩阻力,相当于桩承受负摩阻力,因而拱部系统锚杆受压。综合以上分析表明,在黄土隧道中,钢架支护条件下的系统锚杆支护效果不明显,可以取消。工程实践证明,钢架支护条件下黄土隧道取消系统锚杆,可减少施工环节,更有利于隧道施工安全和结构稳定,可缩短工期和降低工程造价,有着特别显著的社会经济效益。     

高地应力断层带软岩隧道变形特征与控制措施研究

隧道在穿越断层地带时由高地应力引起的软岩大变形问题是隧道建设施工中难点,给隧道建设的施工与进度带来很大影响。本文结合区域地应力,围岩强度实验等分析柿子园隧道穿越断层地区产生支护结构破坏现象的原因,并对围岩压力,钢架应力,围岩变形进行了现场监测,得到了高地应力软岩大变形引起的支护应力特征与变形特征,提出了控制大变形的技术措施。研究表明,高地应力区软岩隧道穿越断层地带时,由于复杂的构造应力造成隧道结构受力不均,隧道左右两侧围岩压力,支护内力与围岩变形呈现出很大的不对称性。采用优化断面形式、加强初支刚度、非对称预留变形量和锚杆布置等措施可以有效减小隧道结构受力,控制隧道变形。     

地下厂房顶拱的实际工作状态分析

本文介绍并分析了我国若干大中型水电站地下厂房的长期原体观测资料。分析结果表明,不论是在应力数值方面或是在应力分布方面,实际观测值与按普氏理论算得的设计应力值之间均有较大出入;且顶拱钢筋应力随时间推移呈现与岩石流变曲线相似之持续而缓慢的增长,反映出顶拱在实际工作状态下具有时效特点。文中利用凯尔文（Kelvin）体与虎克（Hooke）体串联而成的标准粘弹性模型分析了作用于顶拱的流变山岩压力,并就改进顶拱的设计和施工方法提出了若干意见。     

考虑岩体变形特性的圆形压力隧洞衬砌应力计算方法

在水工圆形压力隧洞衬砌应力计算中,假定岩体是弹性体,这与岩体变形特性不完全相符。本文根据原位岩体变形试验结果,考虑了岩体弹-塑性变形,按线性强化材料处理,建立了衬砌应力计算方法,给出了岩体产生塑性变形的临界内水压力,并指出了岩体力学参数如何确定。