基于风险评价的岩溶隧道综合超前地质预报技术研究

在岩溶地区隧道施工过程中,涌水、涌泥(砂)已经成为隧道施工的第一大害。对岩溶水进行准确及时的超前地质预报,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。应用地质学、岩溶学理论对隧道进行地质分析,运用模糊数学模型对隧道不同段落进行突水风险评价,进行风险分级。根据各种物探方法的优缺点和对岩溶水预报的敏感性,结合综合超前地质预报方法、原则,优化了综合超前地质预报的预报方案和流程,提高了岩溶水位置探查的准确性,并在沪蓉西高速公路乌池坝隧道予以实施。施工过程中,严格实施综合超前地质预报技术:通过地质分析和模糊数学模型,把乌池坝隧道划分为具有不同地质灾害风险等级的地段,在不同风险等级地段,制定了不同的预报方案。通过实施该综合超前地质预报方案,成功预报了隧道掌子面前方的岩溶水,证实了该方案的科学性和可行性。

真空-堆载联合预压加固软基现场试验研究

在软土地区修建高等级公路,工后沉降是亟需解决的问题之一。申苏浙皖高速公路浙江湖州段大部分为软基路段,采用真空-堆载联合预压法加固处理。为更好指导工程施工、研究加固机理,选取了试验路段,设计了试验方案,进行现场试验研究。通过现场试验,取得了加固区内的孔隙水压力、沉降、水平位移等资料,分析了它们的变化规律。结果表明:真空-堆载预压法是一种较好的提前消除软基沉降的地基处理方法,且路基稳定性不受填筑速度的影响。

高风险岩溶地区隧道施工地质灾害综合预报预警关键技术研究

在对综合超前地质预报方法研究基础上,优化综合超前地质预报的流程,并提出隧道地质灾害四色预警机制,制定相应的应急预案。研发了性能更强的具有自主知识产权的陆地声纳第三代仪器,开发了具有自主知识产权的雷达数据处理软件,全空间地质雷达处理解释系统1.0(FSGPRP1.0),优化了对水的判断准则。并利用综合地质预报方法及四色预警机制在多个工程中得到成功应用,避免了人员伤亡和重大经济损失,对类似工程具有指导意义。

岩溶裂隙水探查方法优化与工程治理研究

在岩溶裂隙涌水治理中,含水构造的三维空间展布规律、水力连通关系难以探明是制约治理工期和经济成本的关键因素。为解决地质雷达探测在岩溶富水区域存在的受干扰强、多解性、信号失真等难题,基于概率学理论,提出了雷达测线布置的网格法;基于电磁波传播理论,研究了电磁波在含水构造界面上的反射和折射能量分配规律,分析了含水薄层对雷达低频反射信号的作用机制,讨论了在岩溶裂隙富水区雷达探测含水裂隙的判识标准。结合湖北沪蓉西高速公路恩利段齐岳山隧道底板岩溶裂隙涌水工程治理实例,阐述了地质雷达探测在探明含水裂隙空间展布规律和最佳注浆孔的确定中的应用。研究成果的应用产生了良好的生态、安全和经济效益,对类似工程具有一定的借鉴作用。

TSP超前地质预报地震波反射特性研究

深埋隧道工程地质和水文地质条件复杂多变,盲目施工常会造成突水、突泥(涌砂)和塌方等安全事故,深入细致的超前地质预报工作是隧道信息化设计和施工的重要依据之一。以高风险岩溶隧道沪蓉西高速齐岳山隧道为工程背景,结合地震波传播理论和TSP超前地质预报实践,研究了岩溶隧道内断层破碎带,泥夹石充填型、软弱夹泥充填型、地下水充填型和无充填型溶洞,以及富水岩层的地震波反射特性;提出了以深度偏移为主要依据,并结合反射层图、反射事件表、纵横波速和岩体物性参数分析的预报方法,该方法可以有效提高TSP对断层破碎带、溶洞、和地下水的超前地质预报效果,对类似工程具有一定的借鉴意义。

三维黏弹性介质人工边界研究

为了得到适于分析非线性结构-地基相互作用问题的人工边界,结合弹性波理论与黏弹性理论,推导出了适于模拟三维黏弹性远场介质辐射阻尼的人工边界,并对其模拟远场地基辐射阻尼的性能及相应地震波动输入方法进行了研究。结果表明:在结构-地基动力相互作用问题中,得到的黏弹性人工边界模拟计算域外远场黏弹性介质的辐射阻尼具有理想精度;不论是简谐波还是非简谐波,地震波动输入都取得了理想结果;在黏弹性介质条件下自由地表处的总场位移幅值n是输入波幅值的2e-αx倍。

地质雷达在平顶山隧道超前地质预报中的应用

通过平顶山隧道超前地质预报,介绍了地质雷达的参数设置、测线布置及数据采集,并通过对数据的分析和解释预测了未开挖掌子面的地质情况。与此同时,还总结了影响地质雷达预报效果的因素,可为其他类似工程提供借鉴。

隧道拱部穿越页岩爆破开挖方法及参数试验研究

隧道拱部穿越页岩存在上软下硬的围岩分布特征,爆破开挖拱部常发生大体积岩体掉块、塌落的问题。依托海螺峪隧道工程,应用爆破开挖试验和数值模拟的方法,分析拱部页岩的破坏特征,提出了上软下硬岩体隧道上台阶CD(center diaphragm)开挖方法。并优化了光爆层炮孔及装药参数、掏槽布孔形式和减小最大单孔装药量等措施。对比分析隧道开挖的围岩破坏特征、超挖大小和围岩变形结果,采用优化的爆破开挖方案围岩轮廓成型的质量更好。结果表明:隧道拱部穿越页岩的爆破开挖,拱顶页岩沿结构面易发生自下而上的逐层脱离破坏,拱肩至拱腰页岩沿结构面易发生张裂破坏。采用上台阶CD开挖方法有利于减小一次开挖面积和约束拱顶页岩分离,采用优化的爆破参数可减小围岩损伤,爆后轮廓不规则边长由0.9 m减小为0.4 m。优化后毛洞的最大线性超挖和平均超挖面积大大减小。表现为:最大线性超挖拱顶由100.2 cm减小为28.6 cm、拱肩由50.1 cm减小为20.1 cm,断面平均超挖面积减小约48.2%;优化后围岩累计变形减小,左、右导洞拱顶最大沉降分别减小47.8%和34.9%,拱腰水平收敛值减小33.3%;下台阶开挖对上台阶拱顶沉降增幅左、右导洞分别减小7.6%和6.2%,拱腰水平收敛增幅减小3.1%。

硬岩隧道全断面开挖掏槽爆破参数优化

硬岩隧道全断面掏槽开挖对控制掏槽腔体大小、掌子面平整度及拱底欠挖要求较高。依托寨山隧道洞身Ⅲ级硬岩全断面开挖,采用现场试验、问题分析和经验公式的方法,提出了掏槽眼爆破参数的优化方法。从扩展掏槽腔体积的角度,主掏槽面域内自上而下增设复式掏槽短眼4对,主掏槽眼深度扩展为3.8 m,主、复式掏槽短眼孔底间距减小为0.3 m;从岩石炸药单耗、爆破破岩负担体积的角度,确定了主掏槽眼最大单孔装药量为3.0 kg。结果表明:采用优化掏槽参数,爆后硬岩掌子面光滑、底面平整、岩堆块石尺寸合理。掏槽整体炸药单耗减小约4.5%。

疫情期间在线教学效果调查研究

受新型冠状病毒感染肺炎疫情的影响,高校纷纷延期开学,在教育部“停课不停教,停课不停学”的号召下,普通高校教师面临如何利用网络平台开展在线教学并保证教学质量和学习效果的新问题。依托在线问卷调查平台“问卷星”,6周在线课程结束后对山东交通学院学生进行了调查分析,调查结果表明,学生对线上教学基本满意,网络稳定性和平台易用性是在线教学效果的主要影响因素。除合理的内容安排和熟练的平台运用外,教师宜采用在线实时考核方式,以维持学生注意力和积极性,此外,网络课程时长应适当缩短。调研结果为后期在线教学的调整和提高提供数据支撑。

基于CCRAA熵值模型的双向顶推钢混组合梁风险评估

为保障桥梁施工的安全可靠性,预防施工过程中事故的发生,结合大悬臂双向顶推钢混组合梁桥施工风险因素的不确定性特点,提出了一种基于CCRAA熵值模型的风险评估方法。依据双向顶推钢混组合梁的施工工序及专家宝贵经验,综合考虑多维不确定风险因素,对项目整体进行了全面风险源辨识,并建立了风险层次分析模型。运用引入修正系数的LEC法确定了各风险指标值,并对风险特征值进行了最优化处理。由于各风险因素之间的综合影响对风险指标权重值具有一定依赖性,基于风险源辨识结果及风险指标值的确定,构建了CCRAA熵值模糊评判模型。首先运用熵权理论确定了多指标风险因素权重值,根据风险因素集在风险全集中的离散型,确定了风险补偿基值。再利用CCRAA算法按比例对各特征权重值进行了分配补偿,保证风险指标权重值收敛于聚类中心,融合各风险因素之间的互相干扰。最后,运用经典的兼具定性与定量特点的模糊综合评判矩阵理论对各风险源及项目整体进行了风险等级判定。实例分析表明:采用CCRAA熵值模型的风险评估方法对大悬臂双向顶推钢混组合梁桥施工进行风险研究,不仅能做到有效评估,并且理论完备、技术可行,对后续具有相同施工工艺的桥梁进行风险评估具有借鉴意义。

基于PFC^(3D)的点荷载试验数值模拟

依托山西中部引黄工程TBM 2标,研究岩石尺寸效应对点荷载强度的影响,进行现场点荷载试验和室内单轴压缩试验。利用离散元数值模拟软件PFC^(3D)建立点荷载试验数值模型,模拟点荷载加载全过程,模型由岩体和上下加载锥头构成,岩块的长×宽×高约为90 mm×70 mm×30 mm,数值模拟得到的点荷载强度与现场试验获取的点荷载强度比较吻合,证明离散元数值模拟点荷载试验方法的可行性。依次改变试样长、宽、高等宏观参数和岩体细观力学参数,发现点载荷强度随着岩石长度、高度和高宽比的增大而增大,随着长宽比的增大先增大后减小。点荷载强度随着有效模量、摩擦系数、法向黏结强度、切向黏结强度的增大而增大,随刚度比的增大先减小后增大。

高风险岩溶隧道突水预警防灾体系研究

结合我国预警体系实际和岩溶隧道突水特点,从预警机制(预警组织体系、预警运作机制、预警保障)、应急救援预案和应急救援演练等方面分析了预警防灾体系,提出了高风险岩溶隧道突水四色预警机制、完善了岩溶隧道突水应急救援预案和演练机制,并在沪蓉西高速公路乌池坝和齐岳山隧道得到了应用,为高风险岩溶隧道突水灾害防治提供借鉴.

岩溶隧道施工风险评价与突水灾害防治技术研究

基于我国西南山区修建隧道工程中常会遇到岩溶和不良地质条件,施工中经常出现无法预料的地质灾害,如突水、突泥、坍塌等,造成极大的安全隐患等问题.以湖北沪蓉西高速公路乌池坝隧道为工程背景,通过系统的补充地质调查和地质分析,探讨了隧道的岩溶发育规律,综合考虑岩组岩性、地质构造、地下水位和预计涌水量等因素,对隧道岩溶突水突泥的风险进行了分段评价,初步提出了岩溶隧道四级风险评价体系,在风险分级的基础上,对不同风险段超前地质预报方案进行了设计,并根据预报情况制定灾害防治措施,该研究对于高风险岩溶隧道的灾害防治具有一定的意义.