浅埋大跨隧道现场试验研究

分岔隧道施工时常遇到浅埋大跨段山体稳定、支护参数优选和地表震害控制等技术难题。结合庙垭分岔隧道,详述其浅埋大跨段支护体系实时监控的内容、方法及监测结果,并基于锚杆应力、衬砌应力、爆破振速等监测数据的系统分析,研究隧道支护体系的施工力学状态及浅埋地表震动的爆破动力特性,判定浅埋山体的稳定性及支护参数选取的合理性,可为日后同类工程的设计、施工和监测提供有益的借鉴。     

岩溶裂隙水与不良地质情况超前预报研究

在岩溶地区隧道施工过程中,经常遇到突水、突泥等无法预料的地质灾害,给施工安全带来了重大灾难和无法估计的经济损失。为了保证岩溶隧道施工安全,对岩溶裂隙水与不良地质体的发育情况进行准确及时的超前预报,是当前岩溶地区隧道设计与施工中亟待研究与解决的关键问题。首先,对隧道建设过程中岩溶裂隙水与不良地质情况超前预报和综合预报体系的研究现状进行详细的介绍,指出岩溶裂隙水与不良地质情况超前预报中存在的主要问题,总结隧道建设过程中地质缺陷超前勘探方法和高压大流量岩溶裂隙水超前预报方法;然后,重点介绍TSP超前地质预报系统探测溶洞、陆地声纳法探测断层、地质雷达探测地下水和红外探水法探测岩溶裂隙水等工程实例。最后,总结预报各种不同地质体的有效方法和将要开展的研究热点和难点,并对下一步所要开展的工作进行深入探讨,对我国在岩溶裂隙水和不良地质体探查的理论和技术创新方面给予一定的帮助和指导。     

明挖法地铁车站围护结构变形模拟与预测研究

 以采用明挖法施工的一地铁车站为工程实例,对工程区的地质勘察报告进行详细分析,在考虑车站主体结构、初始地应力、施工过程以及地层的物理力学参数等诸多因素的基础上,采用FLAC3D有限差分程序对地层及围护结构的稳定性进行模拟研究。研究结果表明,相应的围护结构及内支撑支护体系能保证施工期车站基坑的围岩稳定,并对其施工过程提出了几条改进性建议,预测了施工期围护结构监测位移的稳定值。通过后期施工过程中车站基坑的位移监测,实测出围护结构上8个测点的位移稳定值,通过对变化趋势和位移量值的分析,得出围护结构的监测稳定值略小于数值计算的位移预测值,但是两者的变形趋势完全符合的结论,证明了有限差分法及FLAC3D在模拟基坑开挖、评价围岩稳定性和预测位移方面的有效性,从而为后续相似工程的位移预测提供了一种有效可靠的计算方法。     

基于裂隙动水注浆的水泥–水玻璃浆液相界面特征研究

 在地下工程注浆治理中,不同类型的浆液与水具有不同的相界面特征,浆–水相界面特征对揭示注浆堵水机制及建立浆–水混合区数值模型具有重要意义。通过分析不同浆液的浆–水相界面形态,得到注浆材料相界面表征方法和适用类型;通过注浆模拟试验,开展水泥水玻璃浆–水相界面测定试验,得到动水条件下水泥水玻璃浆–水相界面特征;对试验数据进行回归分析,将相函数拆分为高度函数和宽度函数对相界面几何特征进行描述,并分析浆–水相界面特征的影响因素。研究成果对注浆堵水机制的发展和浆–水界面数值模型的建立具有一定的参考价值。     

地下工程涌突水注浆止水浆液扩散机制和封堵方法研究

 涌突水是地下工程的主要地质灾害之一。实践表明,注浆是治理涌突水的有效技术手段,但相关的动水注浆理论发展尚不成熟,尤其是裂隙动水条件下的浆液扩散和封堵机制研究不足。针对上述问题,研发准三维裂隙动水注浆模型试验台,进行裂隙岩体涌突水的动水注浆模型试验研究,通过对200余组试验数据进行分析,提出浆液的U形扩散规律和水泥浆液的分层分区扩散机制,得到浆液的快速析水沉积原理和沉积留核扩散规律,实现浆液扩散和封堵效果的定量评价。在此基础上,形成以浆水流量比为核心控制因素的裂隙涌水注浆封堵方法。室内涌水注浆封堵试验和龙固煤矿高压涌水现场注浆封堵试验进一步验证研究成果的正确性,这对发展动水注浆理论和指导工程实践有一定作用。     

一种新型动水注浆材料的试验与应用研究

 通过室内试验,研究一种新型注浆材料(VCH)的主要性能参数及其在动水条件下的材料特性。通过试验测定不同水灰比、不同水泥浆与外加剂体积比、不同温度下材料的初终凝时间;通过试验测定浆液3 h的结石率;基于现场动水注浆治理的材料与工艺要求,测定材料在不同水流速中浆体留存率与可泵性;依据材料性能和现场工况确定VCH材料工程应用的最佳配合比,研究VCH注浆材料在动水注浆治理中的应用。     

地下工程动水注浆速凝浆液黏度时变特性研究

 注浆法是地下水害治理的主要方法,而浆液的黏度时变特性是注浆治理的关键因素,因此浆液黏度时变特性研究十分必要。针对地下工程动水注浆中常用的2种速凝浆液,水泥–水玻璃浆液和高聚物改性水泥浆液,开展室内试验并对试验数据进行拟合分析。采用振动式黏度计测试其黏度时变性和反应温度变化,分析2种材料在不同水灰比和不同混合体积比下的黏度和温度时变特性,根据黏度时变特性将浆液反应过程划分为3个阶段,并分析不同阶段的黏度特性,对数据进行分析得到不同水泥浆水灰比和不同浆液混合体积比下的黏度时变方程,在此基础上得出速凝注浆材料的适用性。     

水泥浆析水性能试验研究

分别开展了水泥浆在重力和压力作用下的析水试验,研究了不同水灰比(mW/mC)条件下水泥浆的析水过程,获得了水泥浆析水对浆液密度和黏度等物理力学性能的影响规律,分析了重力和压力作用下试验结果存在差异的原因;同时结合土体线性压缩劈裂注浆扩散公式,分析了析水作用对注浆扩散范围的影响.结果表明:水泥浆极易发生析水,且析水率高,析水速率快,当mW/mC≥1.5时,析水率达40%以上,造成水泥浆密度和黏度值显著提高;当mW/mC≥1.0时,水泥浆密度值提高10%以上,黏度增大3倍以上;若不考虑水泥浆析水特性,会显著低估其扩散阻力,导致注浆扩散范围计算结果偏大、注浆压力计算结果偏小.     

基于黏度时变性的水泥–玻璃浆液扩散机制研究

工程地质灾害治理中,注浆是最常用的方法,浆液的扩散运移规律对工程设计和施工具有重要的意义。采用SV振弦式黏度计测定水泥–玻璃(C-S)浆液的黏度时变性,通过函数拟合获得黏度函数曲线;采用广义宾汉流体本构方程,推导C-S浆液在单一平板裂隙中的压力分布方程;通过平板裂隙注浆模拟试验研究,分析定注浆流量条件下的C-S浆液扩散的压力场分布规律;运用数值计算方法,研究定注浆速率条件下的浆液扩散形态及压力场时空变化规律。结合理论分析、模拟试验和数值计算结果分析C-S浆液扩散机制,希望能够为C-S浆液的工程应用提供一定的借鉴。     

深部岩体断层滞后突水多场信息监测预警研究

断层滞后突水由于其特有的隐蔽性及滞后性特征,突水灾害防治难度较大。针对王楼煤矿断层滞后突水防治工程,开展深部岩体多场信息监测预警研究。深入分析地下水来源及导水通道,在此基础上划分采动过程中断层滞后突水不同阶段,结合隔水关键层理论及物探结果,确定监测预警时间域与空间域,划分温度场、渗压场监测阈值,建立监测预警判识准则;串联传感器组合成监测单元,采用返浆工艺对钻孔分段封堵,实现传感器精确高效安装,通过煤矿安全光纤监测系统实现井上在线监测预警。监测预警结果表明,断层隔水煤柱有效控制断层内裂隙扩展,减弱了断层破碎带导水特性,依据深部岩体监测预警判识准则,工作面开采过程中预警等级为I级,可实现安全开采。研究成果对类似工程具有一定的借鉴意义。