泥质粉砂岩地层盾构隧道管片上浮影响因素

[目的]盾构隧道穿越富水泥质粉砂岩地层时会出现多环管片整体上浮的现象,导致管片出现破损、错台、姿态超限等质量缺陷。为保证盾构隧道成型质量,需对管片上浮影响因素进行研究。[方法]基于盾构隧道纵向刚度折减理论和管片施工阶段受力特点,建立管片施工期纵向整体上浮有限元分析模型,研究管片衬砌结构纵向刚度及动、静浮力因素对盾构隧道长距离、大范围上浮挠曲变形的影响规律。[结果及结论]管片上浮影响因素主要包括静浮力因素、动浮力因素和姿态控制因素。管片最大上浮量发生在脱离盾尾第5环—第8环处。纵向刚度越小,最大上浮位置越靠近盾尾;纵向刚度越大,隧道越呈现长范围整体抬起现象。当水头高度位于管片顶部以上时,管片上浮量不随静水头高度而改变,且静水浮力造成的管片上浮量不超过30%。管片环最大上浮位置不随注浆压力的改变而改变,注浆压力仅影响管片最大上浮量,且最大上浮量与注浆压力线性相关。

循环荷载作用下干燥与饱和泥质粉砂岩变形特性及其能量演化规律

泥质粉砂岩是岩土工程中常见的亲水性岩石,受水和循环荷载作用力学特性变化显著。因此,系统地研究不同干湿条件下泥质粉砂岩在循环荷载作用下的力学行为对指导工程设计、提高灾害预报的准确性具有重要意义。对湖北十堰泥质粉砂岩干燥与饱和试样进行了不同频率和围压下的三轴循环加载试验,对比分析了干燥与饱和试样的强度与变形特性以及频率和围压对其力学特性的影响,并从能量角度阐明了泥质粉砂岩在循环荷载下的力学机制。结果表明:(1)与干燥试样相比,饱和试样强度和模量明显下降,滞回圈向应变增大方向移动更明显;(2)干燥试样变形随频率增加较小,而频率增加则会明显加速饱和试样的劣化;(3)较小的围压可限制饱和试样裂隙发展,但围压过大则会加速饱和试样破坏;(4)高频下干燥试样能量消耗率与耗散能小于低频情况,饱和后耗散能随频率增大而增加,低围压下饱和试样耗散能基本不变,围压较大时耗散能增加显著;(5)围压增加,干燥试样破坏形态变为共轭剪切破坏,饱和试样破坏面角度增大。

泥质粉砂岩地质条件下隧道支护过程仿真分析

文章依托某高速公路强风化、中风化泥质粉砂岩地质下隧道洞身段施工,采用Midas GTS软件对隧道洞身掌子面的施工过程进行模拟分析,通过对隧道开挖、初期支护、仰拱回填及二次衬砌施工过程进行分析,得到了不同工况下隧道岩体的变形、结构应力和锚杆轴力数值变化规律,并与隧道实际施工现场的监测数据进行对比。结果表明:实测数据与仿真数据结果基本吻合,数值仿真可有效指导实际施工,也进一步证明了项目的支护措施可起到有效加固隧道围岩的作用。

综合管廊盾构区间下穿珠江泥质粉砂岩施工技术

以广州综合管廊盾构区间下穿珠江及大坦沙岛房屋群项目为研究对象,通过施工前准备、试验段初拟施工参数,对穿越段针对性地实施施工组织和技术措施,总结出盾构区间下穿河流和房屋集群的施工方法,顺利完成了施工任务。

圆形抗滑桩在泥质粉砂岩滑坡处治中的应用

文章以某公路泥质粉砂岩滑坡处治工程为例,结合区域地质资料与工程地质勘探,分析滑坡特征及原因。采用Geo-slope软件Morgenstern-Price法,在反算岩体参数的同时,计算边坡剩余下滑力。根据边坡下滑力采取直径为2 m的圆形抗滑桩进行边坡主体加固,并设置长泄水孔进行坡体排水,保障了边坡的安全稳定,可供类似边坡防护处治参考。

深埋富水泥质粉砂岩地层泥水与土压平衡盾构施工分析

通过分析深埋富水地层泥水盾构与土压盾构掘进影响因素,针对影响因素采取针对性措施,克服土压平衡盾构在深埋富水地层中螺旋机易喷涌、设备易出现故障、出渣困难、渣土处理困难的难题;克服泥水平衡盾构在深埋富水地层中环流不畅、结泥饼的难题。通过对比分析及实际验证得出在深埋富水地层中泥水平衡盾构更具优势的结论,采取的措施及在此类施工工况下盾构设备选型可供类似工程进行参考。

广东地区泥质粉砂岩地层的综合研究

在广东,泥质粉砂岩凭借独特的物理力学禀赋,在地质科学探索与施工实践活动领域中占有了重要地位。这篇文章深入且普遍地分析了该区域泥质粉砂岩地层的地质特点、形成原因机理、物理力学行为以及在工程实践中应用,利用缜密的现场勘探、细致的实验室测试、深层次的理论阐释以及典型的工程实例解析,系统性地阐明了该地层的多维度性质。从而,这篇文章有针对性地提出了一系列施工策略与技术措施,目的在于从容应对泥质粉砂岩地层带来的挑战,为广东相关工程项目的顺利开展带来了极具实用价值的参考原型。

分级加载浸水泥质粉砂岩声发射分形特征试验研究

为探究不同浸水时间对泥质粉砂岩加载破坏过程的影响,以天然状态、浸水1,3,7 d状态下滇中引水工程大理Ⅱ标段板凳山隧洞的泥质粉砂岩为样品,进行单轴分级加载试验,监测岩样从加载至破坏的全过程声发射(AE)活动。试验表明:(1)随着浸泡天数的增加,AE累计振铃计数逐渐衰减,在分级加载时,天然岩样的累计振铃计数曲线有明显上升台阶,浸水岩样的累计振铃计数曲线的跃升主要集中在破坏阶段。(2)天然岩样较浸水岩样的脆性更强,破坏时AE活动频度较高,表现为AE定位点在主破裂面附近泵集,破坏面附近定位点的能级较浸水岩样高1~2个能级。(3)随着加载应力增加,浸水岩样的含水率越高,岩样的破裂损伤阶段较天然岩样有所提前,AE定位点主要集中在破坏阶段,定位点数量的激增更加明显,这与振铃计数的变化规律相吻合。(4)不同含水率岩样在相对破坏应力80%之前,关联维数均呈现上升的趋势,在相对应力的80%附近关联维数上升至最大值,应力继续增大,岩样破坏,关联维数跌落至最小值,不同含水率岩样的关联维数最小值均介于0.020~0.035之间。以上岩样的破坏特点可为隧洞涌水情况下岩体稳定性监测提供参考依据。

白垩系上统高沟组泥质粉砂岩干湿循环损伤机制

为探究丹江口库区消落带滑床岩体的强度损伤特性,以区内典型白垩系上统高沟组泥质粉砂岩为研究对象,考虑干湿循环状态和受荷状态双重作用,提出了基于Weibull分布的白垩系上统高沟组泥质粉砂岩的统计损伤本构模型。基于干湿循环单轴试验进行了模型验证,揭示了干湿循环作用下滑床泥质粉砂岩强度损伤规律。结果表明:基于Weibull分布的白垩系上统高沟组泥质粉砂岩的统计损伤本构模型可以较好地反映干湿循环受荷过程中岩石应力-应变过程,相比于5次干湿循环的试样,线弹性阶段的试样在经历10次,15次,25次干湿循环后的弹性模量分别降低2.82%,15.76%,51.07%,峰值强度分别降低3.15%,48.04%,66.26%;5~10次干湿循环过程对试样微裂隙等缺陷的影响较小,总损伤变量分别仅为0.83%,0.88%;15~25次循环后,长石、黏土矿物会在水解、水力侵蚀、淋滤等作用下流失,总损伤变量增加显著,试样轴向应变为0.0017时即进入损伤加剧阶段;模型中受荷泥质粉砂岩无损状态假设,导致了理论计算的线弹性阶段(岩石压密)的进程偏长,理论峰值强度偏高;考虑15次干湿循环可对该区域粉砂岩影响较大,建议在该区域滑坡治理过程中,应优先强化地表和地下水截排水措施设置,避免滑床部位长期处于干湿交替环境。

土压平衡盾构机穿越泥质粉砂岩地质断裂带施工技术

以湖南省长沙市轨道交通6号线东延段工程中风化泥质粉砂岩地层中石塘铺~唤民塘地质断裂带盾构掘进施工为例,阐述了掘进喷涌及管片成型质量控制的施工难点并简述应对措施。

冻融作用对边坡泥质粉砂岩岩体质量与强度的影响

为探究冻融作用对边坡泥质粉砂岩岩体质量与强度的影响规律,对白砺滩露天煤矿南帮边坡泥质粉砂岩开展冻结温度为-20℃、融解温度为20℃、冻融循环为40次的试验研究,并对岩体强度参数进行计算,评价经历不同冻融次数后岩体的质量。结果表明:冻融作用对岩体强度参数、质量均产生重要影响,经历10,20,30,40次冻融循环后,饱水泥质粉砂岩岩体的单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量、黏聚力和内摩擦角分别由未冻融时的29.62 MPa、1.92 MPa、2.26 GPa、0.30 MPa和45.64°下降到20.33 MPa、1.31 MPa、1.87 GPa、0.21 MPa和32.41。,降低幅度分别为31.36%、31.77%、17.26%、30%和28.99%,BQ值由未冻融时的453.8分别下降到401.4,360.7,340.2和302.7;经历30次冻融循环后对应的岩体基本质量级别由未冻融时的Ⅲ级下降为Ⅳ级。

泥质粉砂岩与硅质灰岩地质条件下的护坡锚索施工工艺研究

锚索施工是保留原有合格锚杆(索)框架基础的一种新型施工工艺,可有效避免对原坡的扰动,机械设备简单,对施工现场要求较低,还可以根据工程项目所在区域的地形地质条件灵活布置,进而形成统一的锚固体系。文章以广西柳江红花水利枢纽二线船闸工程土建Ⅲ标工程为例,主要介绍了强风化薄层状泥质粉砂岩与硅质灰岩互层等地质条件下锚索护坡施工过程中遇到的困难、处理方式、质量与安全控制措施。

泥质粉砂岩质石方挖除施工方法探讨

广西沿海部分地区地质构造特点表层为粉质黏土、下层为泥质粉砂岩,文章依托实际工程,研究该类型地质构造特点,对挖除泥质粉砂岩的几种施工方法进行对比,并分析泥质粉砂岩挖除施工成本费用,探讨适用于不同岩性的快速、经济的挖除施工工艺。

长螺旋钻孔压灌桩在泥质粉砂岩地层中的应用——以南昌某住宅项目为例

本文以南昌某住宅建筑工程桩基项目为例,对长螺旋钻孔压灌桩技术在泥质粉砂岩地层中的实际应用进行分析。通过对施工过程中的定位、成孔、泵送混凝土、钢筋笼制作及安放等施工工艺及施工通病控制手段进行梳理,总结了长螺旋钻孔压灌桩技术在该泥质粉砂岩地层中钻进的优缺点,希望能够对在泥质粉砂岩地层中采用该工艺提供参考。

泥质粉砂岩地层土压平衡盾构碴土改良技术研究

针对南昌地区粘土矿物含量较高的泥质粉砂岩地层,文章依托南昌地铁1号线盾构工程,对泥质粉砂岩碴土进行了改良试验,对比分析了室内碴土试验和现场碴土试验结果,提出了FIR值的修正系数。研究结果表明：采用泡沫剂对泥质粉砂岩进行改良时,碴土含水率应控制在16%~30%,碴土的FIR值取20%~35%;土舱中碴土的FIR计算值与FIR实际值存在一定的区别,需对碴土的FIR理论计算值进行修正,修正系数取0.59~0.76。

泥质粉砂岩地层土压平衡盾构渣土改良技术

以南昌地铁1号线5标为工程依托,采用室内试验和现场验证对泥质粉砂岩地层土压平衡盾构渣土改良技术。通过坍落度试验得到泥质粉砂岩渣土最佳坍落度为17~20 cm,并对渣土改良进行分析及数学公式拟合,得到坍落度与含水率和泡沫比的函数关系式。依据黏度指数的要求,确定渣土改良参数的取值范围:含水率范围为19.2%~23.2%,泡沫比范围为14.2%~36.6%。基于室内试验得到的现场施工渣土改良参数:盾构施工每环管片注水量范围为6.5~9.9 m3,泡沫剂注入范围为26.0~67.0 L。考虑盾构施工时改良参数相互影响,提出渣土改良精细化控制措施。通过现场实施验证,不仅渣土改良参数得以稳定控制,改良剂用量减小了22.0%,而且掘进参数也明显降低,渣土改良精细化控制效果显著。

泥质粉砂岩高围压三轴压缩松弛试验研究

高应力条件下应力松弛特性是岩石长期力学特性研究的重要方面,开展了泥质粉砂岩围压为15~35 MPa的三轴松弛试验研究。高围压下应力松弛曲线的分析表明,岩石的应力松弛可以分为衰减松弛和稳定松弛两个阶段。当松弛初始应力水平较低时,试样主要以衰减松弛为主,很快趋于稳定,当松弛初始应力水平接近岩石峰值应力时,应力松弛明显增大,并出现明显的稳定松弛阶段。不同围压条件下,试样松弛曲线对比分析表明,松弛初始应力水平较低时,岩石处于黏弹性阶段,围压对岩石松弛特性的影响相对较小,随着松弛初始应力水平的增大,当应力水平接近峰值应力时,岩石的应力松弛将随围压的增大而减小。基于三轴松弛试验结果的分析,建立了能够反映泥质粉砂岩三轴松弛特性的西原模型,并验证了模型的合理性。

含水率对泥质粉砂岩强度损伤及声发射特征影响的研究

煤系沉积岩体原生及采动裂隙为水-岩作用提供了渗流通道,且受其组分和胶结类型等因素的影响,水作用下煤系沉积岩体力学性质改变显著。采用X射线衍射仪、无损浸水试验装置和煤岩力学性质测试系统,分析了泥质粉砂岩矿物组分,测试了其含水率随时间变化规律,并探讨了含水率影响下泥质粉砂岩强度损伤演化特征。研究结果表明:泥质粉砂岩中高岭石、伊利石和绿泥石等黏土矿物占矿物成分的62%;根据岩样含水率随浸水时间的变化趋势,将其划分为快速增长(0~25 h)、缓慢增长(25~85 h)及恒定(85 h~)3个阶段;由干燥到饱和,岩样的单轴抗压强度降低了47.72%,弹性模量降低了18.36%;随着含水率的增加,岩样破坏形式由剪切破坏逐渐向拉张破坏转化;应力、累计AE计数与时间变化关系曲线能阐明裂隙扩展的各个阶段,其中,裂隙不稳定扩展阶段和峰后阶段声发射活跃;除含水率1.6%的岩样外,声发射定位结果与岩样实际破坏迹线大致相符;加载初期,岩样内部在中心位置产生剪切裂隙并扩展,裂隙和能量逐渐向外围扩散,后期产生拉剪复合裂隙。研究成果对于煤矿地下水库坝体设计、富水巷道顶板岩层控制等工程中涉及的水岩作用问题研究提供了有益参考。

泥质粉砂岩改良土路基填料适宜性试验分析

为研究弱强风化泥质粉砂岩用作高速铁路路堤填料的适宜性,对泥质粉砂岩进行室内试验,对软岩改良土填料的动力稳定性、强度、压缩特性等指标进行研究,对经过改良的软岩土路基的刚度、水稳定性、变形等指标进行现场测试,并建立连续型直接数据GM(1,1)模型对路基的工后沉降进行预测。研究结果表明:泥质粉砂岩不宜直接用作路基填料,必须进行改良处理;软岩改良土路基的动力稳定性、强度、刚度、变形等能够满足高速铁路路堤填料要求,但不宜用于浸水路堤;连续型直接数据GM(1,1)模型可以要求自变量不一定为等时空距,经与等时空距GM(1,1)模型、泊松曲线模型相比,该模型的预测精度较高。

泥质粉砂岩物理改良土路基长期动力稳定性分析

根据相关研究成果以及室内试验及现场测试结果,采用干湿循环击实、共振、临界动应力、动剪应变等参数对武广(武汉—广州)高速铁路中弱-强风化泥质粉砂岩物理改良土进行综合评价。研究结果表明:弱-强风化泥质粉砂岩物理改良土长期动力稳定性满足要求;动剪应变法对路基的长期动力稳定性评价要求更高,是一种较优的评价方法;采用综合方法进行评价分析可以更全面反映路基填料的长期动力稳定性;路基填料是否满足长期动力稳定性要求,可以首先通过室内试验以及理论分析进行初步评价。该研究成果可为我国高速铁路软岩改良土填筑路基的技术标准提供参考,也为高速铁路在建设前对路基的长期动力稳定性分析提供了思路。