N-J水电站引水隧洞大变形段长期稳定性分析

深埋软岩隧洞围岩蠕变特性将会对隧洞的长期稳定性产生重要影响。以巴基斯坦N-J水电站深埋引水隧洞的泥质粉砂岩为研究对象,通过室内的三轴蠕变试验,建立了适用于该岩石的幂指数蠕变模型。通过对大变形段围岩变形监测结果的反演分析,得到了围岩体的蠕变参数,并基于此对引水隧洞软岩大变形段的长期稳定性进行了分析。结果表明,引水隧洞运营10年后,围岩的拱顶下沉增量为20.3mm,水平变形增量为18.1mm,衬砌的受力主要以压应力为主,最大压应力达到了63.4 MPa,主要出现在拱顶和拱腰部位,出现了局部的受压破坏,为保证隧洞安全,需在拱顶和拱腰部位进行加强支护。     

考虑蠕变特性的高应力软岩隧道变形预测方法与实践

为研究高应力软岩蠕变特性对隧道围岩变形预测的影响，以木寨岭公路隧道为依托，首先采用三维计算模型与多元线性回归相结合的方法分析初始地应力场，并结合围岩段落划分，选择典型计算断面；其次，提出基于[BQ]值的围岩参数取值方法，确定典型计算断面的围岩参数；而后，开展基于M-C模型和Cvsic模型的断面变形计算，剖析岩体蠕变特性对围岩变形的影响；最终，对比了预测结果与实际围岩变形。结果表明：(1)岩体蠕变特性对围岩变形具有明显增大效应，围岩位移增长量与横断面平均主应力呈正相关；(2)围岩条件越差，蠕变增大效应越显著；横断面平均主应力越大，蠕变增大效应中位移增长量越大，而位移增长率变化不明显；(3)蠕变特性对围岩变形等级预测有明显影响，M-C模型预测结果弱于Cvisc模型，与实际围岩变形情况存在较大差异。研究结果为在高应力软岩隧道变形预测中引入岩体蠕变效应奠定了实践基础。     

浅埋软岩隧道式锚碇稳定性原位模型试验研究

为了研究高拉拔荷载作用下浅埋软岩(泥岩)隧道式锚碇的稳定性(强度特性、变形规律及长期稳定性),以某在建的长江大桥隧道式锚碇工程为依托,开展了缩尺比例为1∶10的浅埋软岩(泥岩)隧道式锚碇原位模型试验(蠕变试验、极限破坏试验)。研究发现:浅埋软岩(泥岩)隧道式锚碇具有较高的承载能力,在设计荷载甚至在高于设计荷载几倍的荷载作用的情况下,其蠕变变形呈现出基本上趋于稳定的趋势,具有一定的长期稳定性。其破坏模式为锚塞体上方的岩体破裂成块体状,锚塞体下方沿与岩体接触面产生整体错动,破坏的下边界为锚塞体与岩体的接触带,锚塞体混凝土未发生破坏。此外,还探讨了在高拉拔荷载作用下,锚塞体地表围岩蠕变变形的空间分布规律以及锚塞体地表围岩、深部围岩各部位的变形规律。研究成果可为类似的工程提供参考和借鉴。     

核废料地下储库围岩长期水力响应特征

黏土岩由于其低渗透性和损伤自修复等特性,被认为是一种合理的高放废物处置地质屏障。以黏土岩为研究对象,结合相关室内试验和现场监测成果,在总结黏土岩蠕变变形规律的基础上,考虑蠕变过程中的损伤和应变累积,建立黏土岩非线性蠕变损伤本构模型,并将其应用于比利时核废料地下实验室长期水力响应特征分析。研究结果表明：(1)非线性蠕变损伤本构模型能较好地反映黏土岩的非线性蠕变损伤过程;(2)巷道开挖对巷道洞周围岩水力性质影响显著,洞周附近围岩变形增大、孔隙水压力迅速减小;(3)围岩变形与开挖巷道距离和流变时间密切相关：随着与巷道距离的增大,开挖对巷道洞周附近围岩变形、孔隙水压力的影响逐渐减小,而随着时间的增长,巷道洞周附近围岩变形、孔隙水压力逐渐增大;(4)高放废物处置库衬砌的蠕变变形规律与现场监测结果相吻合,验证了模型的可靠性。研究成果将为我国未来黏土岩核废料地下储库的建设和稳定性评估提供重要理论依据。     

软岩蠕变理论及其工程应用

地下工程的施工经常遇到软岩。这类岩体抗压强度较低，具有明显的流变特性，蠕变变形量较大，常造成支护的失稳和破坏。在分析地下工程的稳定性或对地下结构设计时，应充分考虑这一特性，按流变力学理论进行分析和设计。通过现场取样，采用自行研制的重力杠杆式岩石蠕变试验机，并配备三轴压力室，对泥岩进行了三轴蠕变试验。试验结果表明，泥岩的蠕变具有非线性。根据试验结果，建立了泥岩的非线性蠕变方程。根据上述非线性蠕变方程，分析了围岩的应力场和位移场，并对不同支护强度和应力状态下的蠕变变形进行了系统的分析。理论研究结果表明，控制围岩过量蠕变变形的根本途径是改善围岩应力状态，适当提高锚杆或锚索的初始预应力，从而为有效控制深部开采时围岩的有害变形提供了理论依据。     

全风化花岗岩流变特性试验研究

全风化花岗岩物理力学性质十分复杂,水稳定性极差,具有明显的软岩流变特征,且具有显著的地区性差异。为掌握贵广线全风化花岗岩的流变特性以便指导工程施工,以东科岭隧道进口全风化花岗岩段为工程背景,现场取样,室内加工成不同含水率的3组试件,进行室内流变试验,采用分级加载,最终得到各试件在不同应力水平下的蠕变曲线。结果表明,各组试件流变特征基本符合Burgus粘弹性模型,加载方法和应力水平对试件的流变参数有影响;随含水率提高试件剪切模量下降,过渡蠕变段变短,蠕变速率加快,中等含水率以下时流变参数变化较小,接近饱和时流变参数变化显著。     

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。     

岩石蠕变及其扰动效应试验研究

在深井软岩条件下,巷道围岩应力状态处于岩石强度极限邻域内,围岩会产生较大的蠕变变形,而且随机扰动荷载会对蠕变变形产生很大的影响。因此,研究岩石的蠕变特性以及岩石在扰动载荷作用下的变形效应,建立蠕变扰动效应理论,对深井软岩支护具有重要的工程实用价值。结合国家自然科学基金项目“岩石在强度极限邻域内的扰动蠕变特性实验研究”,围绕岩石的非线性蠕变特性和蠕变扰动效应,应用新研制的常载三轴扰动蠕变仪和弯曲试验仪,进行岩石单轴压缩蠕变、四点弯曲蠕变和蠕变扰动效应等系列室内试验,主要研究岩石的非线性蠕变特征、对扰动荷载敏感的邻域范围以及强度极限邻域内的蠕变扰动效应等,并对试验结果进行多方面的研究和探讨,得到了一系列有意义的研究成果,论文的创新点和主要结论如下：     

隧道膨胀性围岩蠕变特性分析及参数反演

为研究隧道膨胀性围岩蠕变参数及其蠕变特性,结合龙泉山1号隧道围岩变形监测资料和相关试验,利用BP神经网络联合有限差分软件FLAC3D的方法,选取Burgers粘弹性模型与Mohr-Coulomb屈服准则串联形成的修正Burgers模型为膨胀性围岩的蠕变本构模型,以隧道典型断面的拱顶沉降监测数据为基础信息,反演岩体的蠕变参数。利用所得参数进行正演计算,结果表明,用于反演和未用于反演断面的拱顶沉降计算值与监测数据在量值上相当,变形趋势也基本相同。因此,文中所述方法可以获得较为合理的膨胀性围岩蠕变参数,并较好地弥补室内试验的不足,进而为今后类似工程提供理论依据及指导。     

沉积软岩的三轴蠕变实验研究及分析评价

在常年恒温、恒湿的实验室中，在不同围压以及不同应力比条件下，对3种沉积软岩系统地进行了长期三轴蠕变压缩实验研究。对所获得的大量实验结果进行研讨后，运用粘弹性流变模型求得非破坏时各种软岩的蠕变系数，同时，用柔量可变模型模拟破坏时的蠕变行为。系统地把握了多种软岩在不同条件下的强度、变形特性，探讨了各种软岩的变形、变形速率、时间依存性等影响因素，为预测软弱岩体的长期力学稳定性提供了重要依据。