钻爆法公路隧道防排水技术发展综述

为研究钻爆法公路隧道防排水技术的发展趋势和未来方向,系统梳理了防排水技术的发展历程、技术要求、设计施工和维护技术等内容,并对需要关注的问题及下一步发展方向进行展望。结果表明:按照隧道建设的技术发展水平,防排水技术可划分为圬工时代和后混凝土时代,已实现原则指导、设计优化、材料革新、施工控制、标准保障及运营维护的基本构架;中国在新修订的规范中增补了隧道渗漏水量化标准,使防水等级规定更具客观性、科学性;从防排水系统构造形式的对比情况看,控制排水型隧道能兼顾隧道衬砌水压力和维护隧道区生态平衡等多方面需求;钻爆法隧道防排水技术虽然增加了一些可维护性设计,但仍以功能性设计为主,且现有技术难以满足防排水系统的维护需求。应当注意:防排水技术是一个系统性问题,需要建立基于全寿命周期的建管养一体化防排水体系,并对防排水系统选型和控制型防排水技术进行系统性研究,通过对全寿命周期内隧道排水的环境影响进行分析评价,确定合理的防排水构造型式;另外,需加强防排水系统优化及新工艺研究,加快新型防排水材料的开发;同时要加强维护技术研究,尤其是可维护性技术和修复性技术研究。

断层斜交岩质高边坡开挖变形特征及其治理效果评价--以陕南地区某岩质高边坡为例

为厘清断层斜交岩质高边坡开挖变形特性以及边坡治理后的时变特性,以陕南地区某断层斜交岩质高边坡为例,综合采用现场调查、数值模拟以及多点位移监测等方法分析断层斜交岩质高边坡破坏机制,归纳了断层斜交岩质高边坡的主要致灾因子,分析了边坡开挖过程中的变形特性,并探讨了边坡治理的时效性。结果表明:研究区域地形陡峭,受断层和坡脚开挖影响呈现出典型临空地形地貌,且受地质构造影响,出露岩体破碎程度较高,节理裂隙发育;基于数值仿真论证了断层斜交岩质高边坡采用“上部锚索锁固+中部坡体刷方+下部锚索和抗滑桩加固”方案治理的可行性,现场调查和监测数据结果表明边坡治理效果明显;断层处流土溶蚀效应明显,强降雨诱发岩质高边坡后缘断层附近平台发生塌陷,在断层和坡脚部位增设排水措施后坡体病害得到有效缓解,整体变形速率得到有效控制。研究成果对断层斜交岩质高边坡的治理及破坏机制分析具有参考意义。

循环加卸载下黑云母石英片岩的弹性模量与能量演化特征研究

黑云母石英片岩是一种典型的各向异性岩石,为研究其损伤演化规律及各向异性表现特征,针对含0°,45°,90°3种片理角度的试样,开展了等塑性应变循环加卸载试验。结果表明:不同片理面角度试样的破坏模式有所不同,0°片理面试样中的张拉破裂现象与45°片理面中的剪切破坏现象尤为明显。随着塑性应变增加,黑云母石英片岩的弹性模量表现出先强化、后弱化的现象,这一现象在高围压下更为明显。在弱化阶段中,弹性模量演化的转折点与裂纹起裂强度σci稳定时对应塑性应变一致。弹性模量作为岩石损伤劣化过程的评价指标较完整性系数受片理面角度的影响更小。在岩石内部能量演化过程中,耗散能大小与片理面角度的关系为0°>90°>45°,耗散能、弹性能下降的速率大小关系为45°>90°>0°,其降至稳定时与岩石损伤强度σcd稳定时对应塑性应变一致。该研究借助弹性模量和能量演化规律分析,探究了黑云母石英片岩的损伤演化力学行为。

基于损伤耦合演化过程的黏土-结构物界面统计损伤本构模型

为了评估粗糙度对土与结构物界面强度特性的影响,首先,开展不同法向应力条件下黏土和不同粗糙度黏土-结构物界面强度的直剪试验,分析了土体剪切面强度和界面强度的相互关系;其次,利用图像处理软件分析黏土-结构物界面的剪切机理,提出了考虑结构物表面粗糙度影响的界面损伤耦合演化过程;第三,引入考虑界面粗糙度影响的等效初始损伤因子,基于连续损伤理论和统计强度理论建立了考虑界面损伤耦合演化过程的黏土-结构物界面统计损伤本构模型;最后,结合室内试验结果验证了模型适用性。研究结果表明:在相同法向应力条件下,界面粗糙度越大,界面强度越接近土体强度;界面强度与结构物表面粗糙度呈幂函数关系增加,其增长速率随结构物表面粗糙度增加而降低;黏土-结构物界面剪切全过程的损伤演化过程可分为等效初始损伤阶段和加载损伤阶段,其中,等效初始损伤阶段受界面粗糙度影响,加载损伤包括受荷损伤和耦合损伤。本文模型所得结果与试验结果的吻合度较高,能较好地反映黏土与结构物界面损伤本构特征。

聚丙烯纤维加筋黄土边坡防护原位测试及改进策略

为了给加筋黄土边坡防护技术的大面积推广提供理论依据和参考,对聚丙烯纤维加筋黄土防护边坡的土壤含水率及边坡形态进行了持续6个月的原位测试,结果表明:聚丙烯纤维加筋黄土具有良好的边坡防护效果,加筋黄土防护边坡土壤含水率总体趋于稳定,不同土层土壤含水率平均变异系数比原状边坡降低10.89%,这得益于加筋黄土防护层形态总体维持完整,能够长期抵抗降雨、干湿循环、冻融循环等不利外部环境的持续影响;然而,聚丙烯纤维加筋黄土防护边坡上植被生长缓慢,且防护层与原状土体易分异脱离。提出了对加筋黄土进行保水改良、采用快速植生的多功能层设计和可操作性强的材料物理防脱技术等加筋黄土防护边坡的改进策略。

干旱半干旱区岩质边坡生态基材防护特性与优化配比

为修复干旱半干旱区岩质边坡的生态系统,获得生态护坡基材的优化配比,以一种新型生态基材为研究对象,以黏结剂、木纤维、保水剂为3个因素,各取3个水平,开展多指标多因素正交试验探索各因素和水平对基材性能的影响规律。结果表明:黏结剂可以有效提升基材的强度和水稳性能,与适量水分作用可以发挥最优效能。随其掺量的增加,抗剪强度表现为先增加后减小,渗透系数和崩解量均表现为减小;施用较少剂量的保水剂即可对基材的渗透、持水性能产生较大的影响,有效提高基材固持自然降水的能力;木纤维与黏结剂的相互作用,可以促进其对基材的加筋补强和改善土壤构型效能的发挥,增强基材的抗冲抗剪性能。除渗透系数随木纤维掺量的增加而增加外,其他指标均呈先增大后减小的趋势。由极差分析可得,各因素对基材性能的影响程度表现为黏结剂>木纤维>保水剂,获得基材的最优配比为黏结剂3%,木纤维4%,保水剂0.1%,最优含水率为16%。

干湿循环作用下原状黄土渗透性及其对土-水特征曲线的影响

为评估干湿循环作用对原状黄土水力特性的劣化效应,对甘肃Q 3黄土进行了4组不同干湿循环路径下的饱和渗透试验与土-水特征测试,分析土体饱和渗透系数和土-水特征曲线随干湿循环次数、循环幅度和下限含水率的变化规律。结果表明:原状黄土饱和渗透系数劣化度与干湿循环次数间关系可采用双曲线函数进行描述,6次循环后劣化度变化趋于稳定;土体饱和渗透系数劣化度随循环幅度增大而线性增大,随下限含水率增大而线性减小。V-G模型对干湿循环下黄土的土-水特征曲线拟合效果良好,模型参数θs、α、n变化幅度较小,而参数θr随循环次数增加呈指数下降趋势。依据试验结果建立了考虑干湿循环3参数的饱和渗透系数劣化模型与土-水特征曲线模型,并对土体非饱和渗透系数进行了预测分析。

M_(S)6.8级泸定地震作用下大渡河工程边坡变形响应分析

安装GNSS变形监测点的某大渡河左岸工程边坡经历了2022年“9·5”泸定地震(主震)及其余震事件,为揭示地震作用下工程边坡变形响应规律及原因提供了宝贵数据。在梳理地震背景及其灾害的基础之上,整理并分析了边坡碎石土与基岩上监测点的变形历时数据,得到了如下主要发现:在主震激发下,碎石土的水平变形量变化过程总体呈S型,先后出现了震前平稳段、震后增长段与震后收敛段,且震后增长段碎石土的水平变形量增幅可达20 mm;震级比主震小的余震在震后收敛段并未对碎石土的水平变形量造成显著实质性影响,与声发射现象中的“凯赛尔效应”极相似;主震激发了碎石土的水平变形方向由北偏东8.5°快速大幅增加至北偏东30.5°,但这种对碎石土层水平变形方向的改变具有弹性可恢复性;地震作用下边坡碎石土的水平变形响应比基岩的水平变形响应更显著,分析认为岩性与坡度的差异是两者水平变形响应差异的主要原因;边坡碎石土与基岩的竖向变形以及基岩水平变形在地震作用下并无显著变化,最新变形数据表明监测点处边坡处于相对稳定状态。鉴于复杂因素对边坡的潜在不利影响,还应基于多源监测数据开展边坡的动态稳定性分析判断。研究成果可为地震时边坡安全施工与灾害风险防控提供一定参考。

基于等效损伤的土与结构物界面损伤强度模型

为探究土与结构物界面的力学特性及损伤演化规律,通过直剪试验分析了不同剪切面积土体条件下土与结构物界面的强度特性,且基于土体剪切面和土与结构物界面剪切过程中的损伤演化特征,构建土与结构物界面的等效损伤因子,提出基于等效损伤的土与结构物界面统计损伤本构关系,并结合试验结果对模型可行性进行验证。结果表明:土体剪切面积比对试样应力–应变曲线影响明显,相同法向应力条件下,土与结构物界面抗剪强度随着土体剪切面积比的增加呈线性增长的发展趋势;相对土体剪切面而言,土与结构物界面在剪切过程中孔隙和微裂纹发生剧烈变化,宏观表现为土与结构物界面强度低于土体剪切面强度;试样加载过程中,土与结构物界面总损伤为等效初始损伤、受荷损伤、等效初始损伤和受荷损伤相互作用产生的耦合损伤;本文模型计算结果与试验数据拟合度较高,能反映土与结构物界面应变硬化或应变软化型曲线特征。研究成果可为边坡桩–土界面分析及安全评价提供理论支撑。

基于LightGBM模型的甘肃省临夏县滑坡易发性评价

甘肃省临夏县地质环境复杂,滑坡灾害发育,对当地居民生产生活造成严重威胁,亦对工程建设的开展造成一定阻碍,因此,选取高效准确的机器学习方法对临夏县进行滑坡易发性评价具有重大意义。首先依据遥感影像和野外勘察资料,选取了1718处滑坡样本,遴选了滑坡灾变的16种影响因子并建立滑坡影响因子评价体系;再结合预测精度和运行时间等指标对比了轻量级梯度提升机(LightGBM)模型与主流机器学习模型的性能;最后利用混淆矩阵分级方法进行了基于LightGBM模型的临夏县滑坡易发性评价。结果表明:临夏县重要滑坡影响因子为地表植被和地形地貌因子,其中土地覆盖为最主要影响因子;LightGBM模型预测精度高达0.931,且运行速度仅为11.7 s,既能保证高精度又极大提升了运行效率;在抽稀后的数据集上,LightGBM模型的预测表现、校准程度和分级结果均优于随机森林(RF)模型;混淆矩阵分级法的较高和高易发区内滑坡分布更为集中,在14.94%的区域内分布着86.86%的滑坡灾害点。滑坡易发性评价结果较好地反映了研究区内滑坡分布发育情况,可为当地工程建设及防灾减灾工作提供一定指导。

穿越富水断层时红层泥岩隧道的受力响应

为了解红层泥岩隧道穿越富水断层破碎带时衬砌结构的受力状态,对甘肃某在建隧道邻近富水断层带的红层泥岩断面开展了围岩、初支钢拱架和二次衬砌(二衬)混凝土应力的长期原位监测,分析了富水断层突水突泥治理期间红层泥岩隧道结构的受力规律。结果表明:受富水断层的水分渗流影响,施工期隧道拱顶的围岩压力最大,为498.28 kPa,在二衬施作后,拱顶围岩压力逐渐降低,而仰拱承受围岩压力持续增加,仰拱最大围岩压力达352.75 kPa。初支钢拱架具有明显的非对称分布,拱架外侧受力呈“上大下小”分布特征,最大压应力位于拱顶与右拱腰,右拱腰受断层活动产生的压应力影响而弯曲破坏;拱架内侧受力呈“上小下大”特征,最大压应力位于仰拱左侧。二衬混凝土总体满足隧道安全系数要求,受富水断层直接影响的拱顶与右拱腰混凝土承受最大压应力;由于施工结束后断层破碎带向隧道基底围岩的持续水分渗透,仰拱混凝土应力稳定时间较长,在长期运营中具有底鼓风险,在隧道运营中应重点关注隧道基底变形。研究结果为后续类似隧道工程的加固方案优化和排水方案确定提供相应参考。

基于物联网技术的PHC管桩加固湿软黄土地基自动化监测现场试验

预应力高强度混凝土(Pre-stressed High-strength Concrete:PHC)管桩作为一种常用的处理湿软黄土地基方法,质量稳定可靠。但是,在传统PHC管桩施工过程中,对管桩贯入位移的记录存在频率不足、效率不高等问题,未能满足预期的地基处理施工监测效果。鉴于此,基于物联网的基本框架和技术,依托甘肃安临高速PHC管桩处理湿软黄土地基工程,设计了一套PHC管桩施工质量自动化监测系统,采用自行研发的监测装置与系统,针对管桩在施工过程中的贯入位移质量控制指标进行了现场监测试验。结果表明:该监测系统可实时输出管桩贯入土层过程中贯入位移随锤击次数的响应情况,并将管桩贯入持力层的信息及时反馈于现场施工作业区。同时借助地质雷达与低应变检测技术验证了该监测系统的可靠性。该研究成果可为PHC管桩在施工过程中实现贯入信息采集的智能化提供一定的技术支撑。

路堑边坡浅层塌滑的控制因素与生态防治措施——以双达公路边坡为例

有效掌握边坡浅层塌滑机制及其影响因素的主次关系是开展路堑边坡变形预测及塌滑治理的重要前提。为此,以阵雨条件下甘肃省双达高速某路堑边坡为研究对象,首先通过FLAC3D有限元软件平台编写FISH语言,实现饱和度、重度和土体抗剪强度之间的动态关联,然后求解不同降雨强度、坡比和降雨历时条件下路堑边坡的安全系数,并基于灰色关联理论确定路堑边坡浅层塌滑主要外界因素的主次关系,最后通过室内降雨试验和现场生态防护试验总结出路堑边坡浅层塌滑机制,提出浅层塌滑生态防治措施。研究表明:降雨过程中,路堑边坡破坏模式由深层整体滑动向浅层局部滑动演化,且随坡比的降低,浅层塌滑区域由路堑边坡的坡肩部位向坡脚部位演化;相比降雨强度和降雨历时,坡比对路堑边坡浅层塌滑影响性最大;降雨过程中,路堑边坡浅层土体累计冲蚀率随时间呈现出先降低后增加的趋势,设置拱骨架和降低坡比均能提高路堑边坡浅层土体的抗塌滑能力;相比HP-FGM和EFM防护材料,聚丙烯纤维土防护材料时效性最理想,路堑边坡浅层塌滑生态治理效果最好。

土工格室在黄土边坡公路中的试验研究及应用

土工格室作为一种新型柔性防护材料,在公路防护中的应用十分广泛。室内冲刷模型试验表明,在黄土边坡中添加土工格室后,可以降低平均累计冲蚀率达48%,并可减弱冲沟的发育和形成,从而防止路基的坍塌;在饱和黄土地基承载力试验表明,在加土工格室后,可以将其承载力提高2～3倍,并使其破坏方式只有局部剪切破坏和整体剪切破坏2种。

土工格室对黄土路堤边坡抗冲刷的试验研究

在黄土地区,植被恢复很慢,由于黄土本身的特性以及突发性的暴雨,对路堤边坡的冲蚀作用十分明显,甚至造成路基的坍塌。用格室防护黄土路堤边坡的冲刷试验研究,目前尚未见报道。通过一系列对比试验并详尽分析,发现土工格室对黄土路堤边坡冲刷防护的效果明显。在此基础上,对土工格室的冲刷防护机理进行了初步探讨。

随机节理岩体变形与强度参数及其尺寸效应的数值模拟研究

节理岩体力学参数及其尺寸效应一直以来都是岩体研究的热点和难点,但对于基于结构面网络模型进行数值模拟的研究尚未见报道。笔者以小湾坝基卸荷岩体为例,在对现场节理进行大量统计的基础上,分析出节理特征值的分布函数,再运用蒙特卡罗方法建立了其结构面网络模型。在此基础上,利用编制的接口程序和现有的FLAC3D岩土分析软件,实现了对随机节理结构面网络模型的不连续位移数值模拟。模拟结果表明:小湾坝基卸荷岩体变形模量与岩体尺寸的关系服从负指数分布,而强度参数与岩体尺寸的关系基本服从负幂函数分布,其结果与现场斜面载荷试验及经验评估参数结果较为接近。

不同地震波对浅埋隧道下穿桥梁的影响

目的为了深入分析不同超越概率地震波作用下新建浅埋隧道下穿高铁桥墩的对桥墩及其桩基的影响。方法以实际项目为依托,利用数值模拟手段分析研究了隧道下穿过程对既有高铁桥墩的影响以及当遭遇50年不同超越概率的地震加速度时隧道下穿桥墩前后各结构的力学响应。结果浅埋黄土隧道下穿桥墩施工过程中桥墩前后的1.5倍隧道埋深范围内墩顶的变形最大,在50年超越概率为10%和50年超越概率为2%的地震作用下隧道开挖后墩顶的位移是隧道未开挖墩顶位移的2~4倍,隧道的开挖一定程度上可以减轻桩基的震害,地震作用下隧道衬砌受力的最大位置为拱脚处,同时在一定深度范围内隧道开挖会增强土体的加速度放大效应。结论在遭遇50年超越概率为10%和2%的地震波时,隧道的建设与否对于桥墩的形变影响十分明显,对实际工程建设过程中具有一定的指导意义。

郑家湾滑坡体蠕变对上跨桥梁的影响分析

当前滑坡蠕变对上跨桥梁影响研究甚少,实测数据更为匮乏。在对郑家湾滑坡体及上跨桥梁进行长期监测的基础上,根据深部位移监测数据推断出滑坡潜在滑面位置,分析了气象因素对滑坡及桥梁变形的影响,进而研究了滑坡蠕变与桥梁变形的相关性。研究表明:(1)郑家湾滑坡深约3~19m,月位移0.64~5.16mm,累积位移20~62mm,处于间歇性蠕滑状态。(2)降雨控制着郑家湾滑坡蠕变与桥梁变形,监测期间月最大降雨量390.2mm,此时滑坡与桥梁变形幅度最大,分别为2mm·月^(-1)和7mm·月^(-1)。(3)桥梁变形与滑坡蠕变具有同步性,两者月位移相差0.24~2.13mm,累积位移相差6.3mm。本文数据和结论对郑家湾滑坡治理及今后类似上跨桥梁滑坡的分析具有很好的借鉴意义。

岩体扰动深度估算的应力场方法

针对开挖导致岩体应力场改变、扰动深度估算这一岩体力学的难题,从岩体应力场的变化出发,结合岩体结构面力学特点,推导出岩体卸荷破坏导致岩体破坏的判别公式,为岩体强开挖扰动带深度的确定推导出理论估算公式。以小湾坝基岩体开挖为例,结合判别公式和数值分析结果,对坝基岩体的强开挖扰动带、弱开挖扰动带及应力调整带进行了分析。结果表明,在坝基底部,强开挖扰动带深度为3-5 m,弱开挖扰动带深度为4-10 m,应力调整带深度为10-25 m,其结果与现场钻孔电视探测结果基本吻合。

大渡河猴子岩水电站库尾段藏碉群斜坡巨型堆积体的成因分析

丹巴梭坡堆积体是一巨型第四纪堆积体,分布在大渡河的左右两岸,其上有114座珍贵藏碉。对堆积体的成因有冰川成因、冰水成因和泥石流成因等各种观点。在对堆积体现场进行详细勘察的基础上,对藏碉群斜坡巨型堆积体的成因进行了深入分析,得出左岸堆积体的成因主要以崩滑作用为主;右岸堆积体是冰源泥石流和崩塌、滑坡等作用的混杂堆积。并在后来的钻孔揭示中得以验证。这对于川西地区深厚覆盖层成因的揭示以及藏碉群文物的保护均具有重要的意义。