复杂地质条件下特大断面隧道施工工法及其循环进尺参数的优化研究

针对高速铁路隧道建设地质条件复杂等特点,以发生坍塌情况下的某特大断面软岩隧道为研究对象,采用有限元数值模拟手段,对CD法和三台阶七步开挖法的施工工法及其循环进尺参数进行了优化研究,并与现场实测数据进行了对比分析与验证。结果表明:采用三台阶七步开挖法并优化其循环进尺参数后,隧道各施工步位移变形合理,可确保隧道施工安全;数值模拟结果与实测结果基本吻合,从而验证了数值模拟结果的可靠性。

海洋水合物地层钻井用聚合醇钻井液研究

针对海底天然气水合物地层的独特特性,在充分考虑现有的常用聚合醇钻井液体系的基础上,论述了适合海底天然气水合物地层钻井用含动力学抑制剂的聚合醇钻井液的室内研究情况。结果表明,该体系具有优良的页岩抑制性和水合物抑制性、良好的低温流变性、稳定性和润滑性等特点,能够有效保持井壁稳定,是一种非常适合海底天然气水合物地层钻探的钻井液体系。

水下钻孔爆破对紧邻建(构)筑物安全性影响研究

为评估水下钻孔爆破对紧邻建(构)筑物的安全影响,结合万州长江公路大桥防撞设施水下爆破工程,利用ANSYS/LS-DYNA对紧邻建(构)筑物水下钻孔爆破进行了数值模拟研究。对不同起爆方式与减震孔不同充填介质下紧邻建(构)筑物水下钻孔爆破的减震效果进行了对比分析,结合现场爆破振动监测数据,对万州长江公路大桥的结构稳定性进行了判定。结果表明:采用毫秒延期雷管进行分段装药起爆能有效降低爆破地震效应;减震孔介质的不同影响了地震波传递和衰减规律,减震孔采用空气介质充填能更好的减弱爆破引起的振动效应;采用该起爆与减震方式能够保证万州长江公路大桥的安全使用。

土木工程结构振动控制的研究现状与展望

地震给世界各国人民造成了巨大的灾害,土木工程结构振动控制是工程结构抗震领域的新课题,对有效减轻地震灾害有着重要的现实意义。本文综述了国内外土木工程结构振动控制研究领域的最新成果,主要包括土木工程结构振动控制中主动控制、被动控制、混合控制和智能控制的基本概念和基本原理,着重阐述了这四类振动控制方法的最新科研成果,并对比分析了它们之间的优缺点,最后对土木工程结构振动控制理论的发展前景与发展方向进行了展望,以为今后的研究指明方向。

工程地质条件对武汉市地下空间开发利用的影响

根据武汉市地下空间开发的规划,在工程地质调查的基础上,将武汉市主城区浅层和次浅层地下空间的工程地质条件作为研究对象。在对诸多工程地质条件进行分析后,运用AHP(Analytic Hierarchy Process)层次分析法,将影响武汉市地下空间开发的各种工程地质因素进行了归类,并对各影响因素进行了分级,建立影响因素的评价体系和评价方法。对相关构造矩阵建立,并进行了一致性检验,确定了各指标的权重后,与工程实际进行了比对分析,提供了影响性评价的算法和数据来源。将主城区分隔成方块后,分别对每个方块进了影响性评价,并形成了影响性分区,形成了微影响区、较影响区和极影响区。在分区评价的基础上,提出了各区域的施工建议及相关注意事项。

煤矿采空区塌陷地质灾害评估研究——以乌鲁木齐八道湾地区某煤矿采空区为例

本文以乌鲁木齐八道湾地区某煤矿采空区为研究对象,通过野外地质调查、物探、钻探等手段对该煤矿采空区塌陷地质灾害进行现状评估,评估结果为危害程度中等、危险性中等;采用最大导水裂隙带高度法和解析法进行预测评估,评估结果为很有可能继续塌陷;在现状评估和预测评估的基础上,进行了综合性分区评估,将研究区划分为采空塌陷危险性大区、中等区和小区。该研究结果可为研究区建设用地规划和地质灾害防治提供科学依据。

水下钻孔爆破堵塞长度的数值模拟研究

结合长江太子矶航道炸礁工程,根据国内外水下钻孔爆破参数的经验公式,初步确定了该水下破工程的堵塞长度。运用ANSYS/LS-DYNA软件,通过对不同堵塞长度参数的优化调整,对比分析得出了最佳的堵塞长度为140 cm左右,与经验公式所给范围相同。以该值配合其他经验参数通过在现场试验验证发现,爆破效果较好,取得了预期的效果。

含动力学抑制剂的聚合醇钻井液水合物抑制性研究

对含动力学抑制剂的聚合醇钻井液水合物抑制性进行了实验研究。实验结果表明,加入PVP的水基聚合醇钻井液能够有效抑制甲烷水合物的生成,而PVP(K90)的抑制效果明显优于PVP(K30)。在温度为0℃、初始压力为18 MPa的条件下,只需向水基聚合醇钻井液中添加1%的PVP(K90),就能够确保循环管路中20 h内不会生成水合物。

青海大场矿区永冻层低温钻井液试验研究

针对大场矿区永冻层钻进过程中出现的冻钻、塌孔和钻井液絮凝等特点,结合矿场钻探地质资料,在粗分散抑制性抗低温钻井液体系基础上,利用正交实验法优选出了适宜大场矿区永冻层钻进的配方。配方:1 000mL水+2%Na2CO3(钠基膨润土的2%)+4%钠基膨润土+10%NaCl+2%KCl+5%乙二醇+0.15%Na-CMC(高黏)+0.3%LV-PAC(低黏)。实验表明该配方在-10℃条件下仍能保持良好的性能,未出现冻结、絮凝等现象;同时,运用DPS软件分析了该钻井液的流体类型,结果表明该钻井液为幂律流体,在低温下该钻井液的非牛顿性增强,流动性能较好。

基于Hoek-Brown准则的开挖扰动引起围岩变形特性研究

Hoek-Brown经验准则(2002版)考虑施工扰动对岩体参数劣化效应,并提出扰动系数D,但仅为粗略定性化描述。现应用声波测试法获得的岩体波速降λ对扰动系数D进行优化处理,并将优化后的Hoek-Brown经验准则运用于开挖扰动引起岩体弹塑性变形特征方程的求解研究,进而可实现较精确表示围岩塑性圈半径。为验证该理论的合理性,综合运用声波测试法、位移监测法等监测手段及有限元数值模拟法予以对比分析。此外,考虑开挖扰动变形特征场地效应,提出可拟合不同岩性、不同开挖方式的变形与开挖扰动经验公式。工程实例计算结果表明:对Hoek-Brown经验准则(2002版)扰动系数D的优化合理,用其可计算开挖扰动引起的围岩弹塑性变形特征值。并可准确求得塑性圈半径值,同时,拟合得到变形与开挖扰动经验公式可满足不同工程需要,具有一定合理性。所获结果可为Hoek-Brown经验准则(2002版)及地下洞室开挖扰动引起岩体变形特性研究提供一定方法参考。

考虑横向惯性效应时桩侧土-管桩-土塞纵向耦合振动特性研究

与实心桩相比,由于土塞与管桩内壁复杂的相互作用,开口管桩的桩-土动力相互作用问题更为复杂。因此,需深入研究考虑土塞效应时的管桩-土体动力相互作用问题。首先,考虑管桩的横向惯性效应及其黏性性质,采用Rayleigh-Love动力杆件模型和附加质量模型建立了桩侧土-管桩-土塞系统的纵向振动控制方程。进一步,采用积分变换和阻抗函数传递技术,分别得到了任意荷载形式下管桩桩顶速度频域响应的解析解以及半正弦脉冲激励作用下桩顶速度时域响应的半解析解。最后,通过与现有解及模型试验的对比研究验证了理论解的合理性,并研究了管桩设计参数对桩顶纵向振动特性的影响。结果表明,当管桩其他设计参数不变时,管桩截面尺寸越大或长度越小时,应力波传播过程中的弥散效应越明显。对于同样外半径的管桩,壁厚越大时,越容易检测到土塞顶部界面及桩尖传来的反射信号,就能对管桩的施工质量进行更为合理的评价。

考虑高程效应的水下爆破振动衰减拟合模型研究

由于水介质的存在,影响爆破振动衰减的因素大幅增加,同时导致了水下爆破监测的困难。因此,水下爆破工程中,传统的萨道夫斯基公式(TSF)已不完全适用。通过引入高程差因子β,得到修正的萨道夫斯基公式(MSF)。分别建立修正公式的线性与非线性拟合模型,并求解K,α,β三个相关参数。结合万州公路长江大桥防撞带水下爆破工程,用线性与非线性拟合模型分别进行计算,并求解出K、α、β及残差平方和RSS。分析结果表明,非线性模型的拟合精度高于线性模型,而且非线性拟合模型能够更好地研究考虑高程效应的水下爆破振动衰减规律。

大跨度地下洞室拱顶稳定性及支护措施研究

拟建的金沙江下游一水电站引水发电系统地下洞室群规模巨大且布置复杂,其圆筒型阻抗式调压井高度达100 m,直径达50 m,洞室在同类工程中罕见,拱顶稳定及支护措施问题突出。针对复杂地质条件下,尾调顶拱围岩潜在的应力型破坏和结构面导致的变形与坍塌两类不同性质的问题,采用工程地质分析与三维数值模拟3DEC等相结合的方法,深入探讨圆筒形尾调室围岩应力集中范围、程度和高应力破坏风险;说明软弱层间错动带对围岩变形稳定影响及其安全性。研究表明:圆筒形尾调室总体受力特征良好,拱顶应力集中水平(30～44 MPa)相对不高,高应力破坏问题不突出;但层间错动带对拱顶稳定影响明显,沿层间错动带的错动变形较大且NNE向浅层7 m范围发生剪切屈服。采用系统支护与混凝土置换的加强支护措施后,可以明显减小层间带的错动变形,提高层间带的安全储备。

基于模糊数学的武汉市地下空间开发地质适宜性评价

随着武汉市经济的快速发展,地下空间的开发与利用显得非常重要,而地质适宜性分区对地下空间的开发与利用起着至关重要的作用。本文运用模糊综合评判模型,在综合考虑了各种影响地下空间开发的地质环境影响因素的基础上,根据降半梯形(或梯形)隶属函数确定了隶属度,并采用梯形模糊数定权法得到了权重,从而对武汉市地下空间开发地质适宜性进行了综合评价与分区,以为武汉市主城区的地下空间开发利用提供依据。

滑坡作用下既有隧道锚索加固的物理模型试验与数值模拟研究

工程实践中有些隧道不可避免的需要穿越滑坡变形区,在后期地质演变作用及施工扰动荷载作用下原来没有明显变形的斜坡会出现较大变形,甚至发展成滑坡,对既有隧道结构产生不同程度的病害。国内外多数学者针对隧道开挖引起的滑坡体变形影响研究较多,针对滑坡体作用下既有隧道结构的受力变形及加固措施效果研究较少。为研究山体滑坡区域既有隧道锚索加固措施下的系统力学机制,首先建立地质力学模型试验,研究不同数量锚索加固后滑坡体与隧道结构的相互作用规律,并与无锚索加固措施工况进行对比,发现增加锚索加固后滑坡体沉降、隧道弯矩、滑坡体与隧道表面接触力明显减小,而不同数量加固锚索工况下上述观测值变化不大。此外,建立了相应工况的数值模型,与物理试验结果进行了对比得到较好一致性。研究成果可为山体滑坡区域隧道锚索加固方法改进提供一定的理论依据。

东京地下水位上升对地下工程的危害警示

地下工程的修建,其支挡结构和止水帷幕会人为地改变地下水的环境地质条件。地下水位的变化又不可避免地危害地下工程的施工和运营状况。国内普遍重视施工期的地下水位的控制问题,而对地下水位上升的影响则罕有研究。日本东京建具有世界上最复杂的地下工程系统,地下水位在1970年前后发生了质的变化,中心区地下水位平均上升了15 m,最大上升了60 m。综合分析了地下水位上升对既有地下工程产生的一系列危害:漏水、上浮、腐蚀等问题,威胁工程运营安全,缩短工程使用寿命。地下水位上升对地下工程的危害巨大,影响深远,且消弭难度极大;应重视未来地下水位的预测及其应对措施。这对于我国沿海城市、内陆盆地、华北地区的地下空间开发利用具有重要的借鉴意义。

钻井液侵入含天然气水合物地层的机理与特征分析

海洋含天然气水合物地层是具有渗透性的多孔介质体,钻进过程中钻井液不可避免地会与它发生能量和物质交换,从而影响测井响应、井壁稳定和储层评价。在过压钻井条件下,水基钻井液驱替侵入含天然水合物地层和温差下热传导导致的天然气水合物分解是耦合在一起的,其侵入可描述为一个包含相变的非等温非稳态渗流扩散过程。分析了天然气水合物在多孔介质中的分解特性,指出了多孔介质中天然气水合物分解的影响因素,通过钻井液侵入含天然气水合物地层与侵入常规油气地层的比较,提出了借鉴天然气水合物开采渗流模型建立钻井液侵入数值模型的思路。

云冈石窟第9、10窟列柱地质病害特征与加固设计

以第9、10窟的列柱为代表,在现场地质病害调查、室内测试和分析计算的基础上,对其地质病害进行了研究,制定了支撑方案,并采用围岩与支撑结构耦合有限元模拟方法对支撑结构的可行性和加固效果进行了计算分析。结果表明,列柱底部的应力σ1和最大剪应力τmax集中明显,τmax的最大值出现在列柱底部,从受力条件看列柱是整个围岩中受力条件最差的部位,安全隐患最大;列柱的抗压稳定性系数都不能满足规范要求,处于不安全状态;采用框架式钢管混凝土支撑框柱的支撑方案,其应力分担效果明显,列柱上所承担的竖向荷载与现状相比平均降低了63%,与现状+Ⅷ度地震相比平均降低了70%;其抗压稳定性系数可以提高到3.76～4.02,能够有效地起到保护列柱的作用,使列柱处于稳定状态。

上埋式钢筋混凝土拱涵受力特性及地基处理研究

涵洞属于填埋式构造物,其受力状态不同于普通建筑物。对涵-土体系作用机制认识不足和涵洞地基处理不当可能导致涵洞出现各种各样的病害,甚至影响道路运营。通过现场测试和数值模拟分析了上埋式钢筋混凝土拱涵结构与土体的作用机制,得出了涵-土体系的受力状态和变形特性。在此基础上对涵洞地基处理进行了研究,分析了地基处理的宽度、深度以及处理后的地基刚度对涵洞受力状态和变形特性的影响。研究结果表明,涵顶存在明显的应力集中现象,该效应的影响范围为涵洞两侧约3b(b为涵洞宽度);涵顶土压力系数随填土高度的增大而增大,并逐渐趋于稳定;涵顶土压力、基底压力和涵洞结构内力随地基处理宽度的增大而减小,并逐渐趋于稳定,随地基处理深度和地基弹性模量的增加呈非线性增大。实际工程中,涵洞地基处理宽度宜取b+2h(h为涵洞高度)左右,地基处理的深度和处理后的刚度应以允许沉降或差异沉降为控制指标,不应额外增加地基处理深度和提高地基刚度。

水电工程环境边坡危险源危险度评价体系及其应用

结合相关行业规范,考虑工程重要性、稳定性的基础上,选取危险源自身、途径边坡、触发因素3个一级指标,选取危险源稳定性、势能、形状、途径边坡形态、坡度、植被发育情况、地震、降雨等9个二级指标和35个基础指标,建立指标齐全、易于操作的环境边坡危险源危险度评价体系,实现危险度评价的定量化,并按评分值大小将危险度分为高、中等、低3个等级。以卜寺沟水电站地面厂房环境边坡危险源评价为例,现场调查得出地面厂房环境边坡共有危险源12处,评价得出高危险度3处,中等危险度9处。评价结果符合实际,表明该评价体系能较准确评价危险源危险度,能为其防治提供依据和指导。