基于随机场理论的盾构隧道地层扰动分析

盾构开挖不可避免会造成周围地层扰动,引起地表及深部地层发生变形,变形过大时会威胁到周围建构(筑)物的安全,因而有必要开展隧道施工地表及地层变形扰动方面的研究。首先在土体均质条件下,开展二维数值计算,并分别利用Peck公式拟合优度和多项式拟合优度来评价水平向地层和竖向地层的变形扰动程度;继而考虑土体参数空间变异性,借助Monte Carlo策略,开展盾构施工对地层扰动规律影响研究的随机性分析。研究结果表明:Peck公式拟合优度可以较好地反映施工引起水平地层沉降变形程度;多项式拟合优度可以较好地反映竖向地层水平变形受到施工的影响程度;土体模量空间变异性会对盾构隧道施工地层扰动产生较大的影响,模量较大时会对盾构施工地层扰动有一定的“抑制”作用,但总体上越靠近盾构隧道,地层受到扰动越大。研究可以为类似工程的设计和施工提供有益的参考。

中国大陆浅层地壳实测地应力分布规律研究

通过收集中国大陆地区450多个钻孔的地应力实测资料,筛选出受局部因素影响小的450组数据,建立我国垂直应力、最大和最小水平主应力随埋深的分布变化图,研究其变化趋势,并与全球的回归结果进行对比;建立我国最大水平主应力与最小水平主应力之比随埋深的散点分布图,分析水平应力的差异性以及其沿埋深的变化规律;鉴于最大和最小水平主应力的差异大,尤其是在浅部,用最大水平主应力与垂直应力之比更能反映水平构造应力的作用,改进Hoek和Brown用平均水平应力与垂直应力之比进行统计分析的方法和形式,建立我国最大水平主应力与垂直应力之比、最小水平主应力与垂直应力之比随埋深的散点分布图,并进行相应的回归分析。上述统计分析系统总结我国大陆地区地应力场的分布规律,部分统计形式为新的尝试,可为中国地应力场的宏观分布特征研究及相关行业的工程建设提供参考。

我国原位地应力测量与地应力场分析研究进展

随着我国交通、能源和水利水电等行业快速发展,在复杂地形地貌和地质条件下兴建大量岩土工程,尤其是深埋长隧道,原位地应力测量及其相关研究逾加重要。我国自20世纪60年代首次成功进行原位地应力实测以来,在地应力测量及相关研究方面已取得了长足进展。文中扼要介绍了我国地应力测量的发展历程,着重总结了在钻孔应力解除法、水压致裂法和其他常用原位地应力测量法及工程区初始地应力场分析研究方面所取得的进展,并结合我国区域构造应力环境和岩土工程的特点,对地应力测量和工程区初始地应力场研究方面的展望阐述了一点认识。

不同地质成因岩石地应力分布规律的统计分析

通过收集我国大陆地区大量的实测地应力资料,筛选出了受局部影响小的实测数据,建立了岩浆岩、沉积岩和变质岩地应力随埋深分布的散点图,并根据各自的分布规律进行了相应的回归分析。结果发现,三大类岩石的地应力分布规律存在差异,其主要与岩石地质成因相关。三大类岩石的垂直应力总体上随埋深呈线性增大,量值接近各自上覆岩层自重;最大水平主应力随埋深均呈线性增大,相同埋深条件下,火成岩量值最大,变质岩次之,沉积岩最小;而沉积岩浅部最小水平应力大于岩浆岩;三大类岩石的水平差应力总体上随埋深也呈线性关系,相同埋深条件下,火成岩较大,而沉积岩较小;浅部岩浆岩平均水平主应力与垂直应力之比最大,而沉积岩较小。

不同岩性侧压系数分布规律的统计分析

通过收集我国大量的已有地应力实测资料,建立了岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类岩石的平均水平主应力与垂直应力之比随埋深的散点分布图,并采用与霍克(E.Hoek)和布朗(E.T.Brown)同样的回归方法进行了回归分析,发现不同岩石间地应力的分布规律存在一定差异,其与岩石成因密切相关。为更进一步研究不同类岩石间地应力分布规律的差异,另统计分析了地应力与岩石弹性模量间的关系,结果发现岩石弹性模量对最大主应力影响大,而对中间和最小主应力影响小。该统计结果可深化对我国宏观地应力场的分布特性及地应力场影响因素的认识。

预应力锚索预应力损失特征及模型研究

总结了预应力锚索的预应力变化规律以及影响预应力变化的各种因素,基于岩体流变和锚索松弛的耦合作用,推导了锚索预应力变化的数学模型。该模型反映了锚索预应力变化的实质,可较精确计算锚索预应力的变化情况,并能预测锚索的最终有效预应力。该模型工程应用证明锚索预应力的计算值与实测值相当接近且变化规律基本相同。

锚索内锚段荷载分布及其随时间变化规律

现关于预应力锚索的研究多集中在荷载传递与加固机理方面,而对于运行期内锚段载荷分布随时间变化及其与锚索有效预应力的关系研究则较少。基于某水电站预应力锚索现场试验,研究了锚索张拉过程中的内锚头变位与内锚段载荷的非线性传递,及运行初期内锚段载荷分布随时间的调整变化规律及其与预应力变化间的影响。研究发现,拉力集中型锚索张拉后内锚段应力集中现象很严重,运行初期荷载从内锚段起始端向尾部发生了转移和调整,即是在锚索预应力快速下降阶段;但随着锚索预应力的持续降低和趋稳,内锚段荷载从起始端向尾部转移停止,随之沿整个内锚段的受荷均减小并趋于稳定,其后期变化规律与锚索预应力变化规律趋于一致。

柘林水电站厂房古滑坡变形监测及稳定性分析

柘林水电站扩建工程厂房后坡古滑坡堆积体在开挖治理过程中,古滑坡体先后因坡体前缘下被切脚和连续降雨沿基岩顶面产生了2次滑动变形,通过坡体变形监测分析和变形机理研究,及时采取了回填压脚、增设长锚杆束、加强坡体排水和严格控制下部坡体的开挖爆破等综合治理措施,及时有效地控制了坡体变形,确保了整个边坡开挖工作的顺利进行。并基于开挖治理后的滑坡体蠕滑性大,对其长期稳定性进行了分析。

考虑复杂地质成因的工程区地应力场反演

地应力场多元线性回归是地应力场反演的主要方法之一,但当岩层地质成因复杂时,在反演中应合理考虑岩体地质成因。以国内某大型矿山复杂地质成因工程区地应力场反演为例,尝试在分析地质成因基础上,对现今的应力场进行分解,针对不同地质成因的地层边界施加不同的边界条件,基于线性叠加,利用多元线性回归分析法进行了地应力场反演。结果表明:考虑地质成因的地应力场反演结果符合一般应力场的分布规律,且反演精度高于不考虑地质成因的地应力场反演结果。

某滑坡体变形监测及稳定性分析

叙述了某滑坡堆积体在开挖过程中,因坡脚开挖和降雨而引起的两次变形失稳的发展过程及变形机理分析,并对剩余堆积体的长期稳定性及治理效果进行了评价。

深埋长隧道地应力测量与岩爆预测分析

岩爆等地质灾害是深埋隧道施工中常遇到的工程地质问题,而地应力测量则是进行隧道岩爆预测的前提。某高速公路穿越武夷山山区,将建成最大埋深达620 m,长约4 km的深埋长隧道,围岩性脆强度高,具有岩爆倾向性。为优化设计并指导施工,在该隧道布置了1个深钻孔进行了水压致裂法地应力测量。介绍了水压致裂法地应力测试原理,分析了实测地应力,及其与地形地貌和区域构造的关系,并在地应力分析的基础上进行了多种方法的岩爆预测。研究表明,当隧道埋深超过400 m后,有发生弱到中岩爆的可能,在施工中应采取合理的开挖方式和安全防爆措施。

软岩边坡锚索预应力变化特征分析

预应力锚固技术在边坡加固工程中得到了广泛应用,但对于施工期的软岩边坡,因影响锚索工作性态的因素多,其预应力变化规律复杂。基于柘林水电站扩建工程施工期的安全监测,探讨了影响锚索锁定过程中预应力损失的主要因素,分析了锚索锁定后预应力的几个典型变化阶段,并讨论了降雨、大气温度和坡体变形对锚索预应力变化的影响,揭示了软岩边坡锚索预应力变化的基本规律,可为类似工程的锚索在不同工况下的工作性态的研究提供参考。

铁矿深埋巷道围岩变形与地应力关系研究

随着大量深埋地下工程的建设，尤其是大型矿山，与巷道围岩稳定有关的各种地质灾害问题突出，因此其一直备受关注。某铁矿巷道埋深450～800m，变形剧烈，局部持续大变形，呈条带状臌出。地应力实测结果表明，矿区地应力总体特征为σv≥σH〉σh，现今水平构造作用明显，最大水平主应力为13-21MPa，接近岩体自重。大变形洞段围岩为裂隙化岩体，强度低，蠕变性明显。有限元分析表明，巷道开挖后在边墙与顶拱和底板交界处产生约40MPa的高应力，造成了围岩变形破坏。后期围岩在高应力作用下产生大变形，其宏观变形破坏特征与软岩相似。另围岩加固与支护发现，普通的挂网喷锚支护已很难适应高应力条件下的岩体大变形。论文基于地应力实测结果，通过对巷道围岩大变形成因机制的探讨以及原加固支护效果的总结，为后期巷道围岩变形破坏的防治提供了参考。

某水电站古滑体边坡稳定性分析及监测治理

对某水电站扩建工程的古滑坡体,结合有限元法和极限平衡法的各自优点,对其变形破坏机理及稳定性进行了综合研究。施工期的两次古滑坡体局部变形失稳,验证了前期稳定性分析成果。另分别根据两次变形失稳的监测资料和变形破坏机理,制定了压脚回填、加强排水等合理的治理方案,并在工程中得到了应用,确保了施工期的坡体稳定。

安全监测技术在柘林水电站扩建工程中的应用

安全监测在捕捉建筑物的工作性态信息和控制建筑物的安全世时有重要的作用。讨论了安全监测系统在江西柘林水电站扩建工程中的布置情况，并说明安全监测在该工程的优化设计和指导施工等方面所发挥的作用。

原生裂隙水压致裂法三维地应力测量研究

原生裂隙水压致裂法地应力测量,充分利用了重张试验确定裂隙法向应力精度高的特点,克服了传统水压致裂法假设多、钻孔横截面最大主应力计算误差大等缺点,并且可进行大尺度的三维地应力测量,但当所测原生裂隙距离大时,应考虑应力梯度。介绍了原生裂隙水压致裂法三维地应力测量的原理和步骤,基于大量的实测地应力分布规律的研究成果,简化出满足一般工程的线性应力梯度形式,并推导了便捷的计算过程。工程应用发现,不考虑应力梯度的原生裂隙水压致裂法三维地应力测量结果与考虑应力梯度测量结果具有一定差别,而后者的测量结果能反映测试范围内的地应力场变化。

不同结构锚索预应力损失差异分析

以某坡体采用2 000 kN级的扩孔型和压力分散型锚索对软弱坡体进行加固为例,基于运行初期锚索的预应力损失实测结果,分析了各自的预应力变化规律;通过对两者的对比发现,受内锚固段荷载分布条件改善的影响,压力分散型锚索后期预应力损失更小,在不考虑施工成本和难易的条件下,压力分散型锚索更适合软弱破碎岩体的加固,更易保证岩体的长期稳定性。

层状岩坡变形破坏及其治理的离散元分析

某大型水电站为顺倾层状人工高边坡,坡体软弱层面、断层、节理和后缘陡倾卸荷张裂隙对坡体稳定性影响大,在自上而下的挖坡过程中,局部坡体发生了失稳座滑。本文分析了边坡的地质条件和岩体结构特征,采用离散单元法模拟了边坡的变形破坏过程,探讨了坡体的变形破坏机理;研究了在滑坡体上继续挖坡,坡体可能发生的变形破坏形态;另根据坡体变形破坏机理及后续开挖边坡可能发生的变形破坏形态,基于离散元数值模拟优化了边坡预应力锚杆和抗滑桩的工程加固支护措施,确保了边坡稳定,监测表明,后续坡体开挖及开挖完成后未出现明显变形破坏迹象。

地应力测量方法研究综述

对于深埋岩石工程,岩体的地应力状态直接关系到工程和区域的稳定性.通过收集大量的国内外有关地应力的研究资料,回顾了地应力测量的发展历程,总结了各种地应力测量方法的适用范围,基于今后岩石工程所呈现的新特点和新问题,探讨了地应力测量的发展趋势.

基于原生裂隙重张试验确定围岩块体边界法向应力分布规律研究

由于地下工程处于一定水平的地应力环境中,块体边界法向应力概化的正确与否直接关系到块体的稳定性分析结果,现通过实测途径确定块体边界法向应力的研究还较少。基于大型地下厂房块体稳定性分析,通过在块体范围及邻区不同方向布置多个钻孔,首次将原生裂隙重张试验引入到块体边界法向应力的测定,对开挖后与块体主要边界产状相近的所有原生裂隙的法向应力进行了测试,成功取得了块体边界上的法向应力状态及其空间变化规律。研究结果表明:洞室开挖完成后,块体边界应力分布不均匀,但具一定规律,垂直向表现为从浅部到深部结构面的法向应力依次增大,在水平向上,随与洞室开挖面距离的增大而增大;结构面的法向应力实测值稍小于基于围岩应力的估算值,但总体一致。该成果可为确定围岩块体的边界力学状态和应力模型简化提供参考和依据。