风吹雪积雪分布特征和铁路路基形式相关性研究

风吹雪现象会导致积雪的重分布,减少交通线路内的积雪对维护交通安全具有重要意义.本文基于铁路全线的风吹雪现象调查,采用欧拉多相流模型对不同铁路路堑形式的风雪场分布特征进行分析,并设计正交试验针对不同路基形式对积雪量的影响程度进行分析.研究结果表明:风吹雪作用下,流速与雪深的变化趋势呈现负相关,路堤路基面会使流场加速减小雪量,路堑路基面会减弱流速增加积雪.路基结构形式的改变主要影响路基断面过流尺寸和路基内流速分布,其中路堑深度是影响轨道结构区域沉积雪量的主要因素.当路堑深度增加时,路基边坡和积雪平台可以更显著地发挥承载积雪的作用;放缓路堑边坡以及增加积雪平台宽度可以减缓路堑结构对风场的影响.

复杂地质条件下浅埋暗挖地铁车站施工期地面沉降量FLAC^(3D)分析

浅埋暗挖地铁车站施工期地面沉降量对施工安全具有重要意义。北京地铁10号线苏州街车站为多套地层力学性质差异较大的复杂场地,根据地质勘察结果的地层三维空间分布状况,建立车站场地的三维地质模型;应用试验结果确定各类土层的物理力学参数;依据工程设计方案,概化洞桩法施工过程为6个施工步序;采用等效模拟的方法概化超前地层预加固;应用FLAC3D计算软件,优化开挖施工方案,模拟动态施工过程,分析各施工步序暗挖车站周围土体的变形量和地面沉降量;研究确定引起最大地面沉降量的施工步序。通过现已完成施工的导洞开挖步序施工变形监测结果与计算结果比较分析,验证计算结果的可靠性,根据计算结果预测地铁车站施工期的最终地面沉降量。

公路路基浅层疏松病害地质雷达正演模拟及复信号分析

针对公路路基浅层疏松病害的快速检测,建立充气和充水状态下的多孔型疏松病害模型,并进行雷达波形正演模拟,研究多孔型疏松病害地质雷达响应特征,采用剔除直达波和信号增益的方法加强地质雷达图像特征,并利用复信号技术提取疏松病害的相位、频率和振幅等瞬时属性特征.研究结果表明:对于路基疏松病害,通过分析瞬时振幅图像和单道波瞬时振幅波动,可判断出疏松病害的上界面和结构层界面信息;基于瞬时相位图像,可判断出疏松病害的尺寸、界面信息;根据瞬时频率图像和单道波瞬时频率,以判断出疏松病害下界面位置,且通过现场实例进行可靠性验证,通过复信号处理后瞬时频率剖面存在明显异常,和现场揭露的结果一致.研究成果可为道路病害的智能识别和快速判识提供理论参考.

高速铁路路基工程岩溶注浆效果无损检测评估方法研究

以京沪高速铁路山东段岩溶区路基处理为依托,研究探地雷达无损检测技术应用和判识指标特征。通过理论分析和测试,研究确定试验段岩溶化岩体和覆盖土层探地雷达测试需求参数;确定针对具体试验点雷达频率选取。应用有限元数值分析方法,研究典型溶洞和地层特征。选择典型岩溶进行现场模拟注浆试验,研究注浆前后典型岩溶雷达图像特征。在高速铁路注浆施工现场选择典型地段,结合钻孔勘查,分别应用不同频率雷达,以测线和测网方式,进行岩溶注浆效果雷达图像判识试验。综合试验和分析结果,给出岩溶注浆效果探地雷达无损检测判识特征指标表。

基于TRT系统的地质构造三维成像技术及其改进方法

TRT技术是利用地震波反射原理来实现对灾害体的辨识,利用震源点与接收点共同组成的随时间变化的共焦椭球体来实现对灾害体的定位.根据TRT成果图像异常区域与隧道实际灾害的对应情况,将TRT图像异常区域划分为集群异常区、单体异常区、错断异常区、互层异常区四种类型.针对TRT技术自身存在的直达波速计算不准确、背景波速取定不合理等问题,提出了相应的改进方法,一方面通过计算出直达波在隧道洞身的实际传播的最小轨迹,求得震源点到接收点的实际直达波速;另一方面根据实际直达波速的分布特征,求出正态分布条件下,实际直达波速在置信水平为1-a的置信区间,并将置信区间的上下限值作为背景波速录入TRT系统,得出两组TRT成果图像,这样就改变了人工取定背景波速所存在的单一性与盲目性,使得改进后的灾害预测有了一定的区间考量.通过实例验证,发现改进后的预测效果明显优于改进前采用人工取定背景波速时的预测效果,并在一定程度上避免了灾害漏报的可能.

复杂岩溶地区隧道施工突水地质灾害研究

在岩溶山区施工的隧道工程,由于岩溶发育分布的复杂性造成对施工掌子面前方的岩溶分布状况难以准确判定,导致施工过程中岩溶突水突泥灾害发生,影响施工安全。笔者以宜万铁路齐岳山隧道为例,应用岩溶水文地质基本理论,从地层岩性、地质构造、地下水循环条件以及区域地壳运动等岩溶形成发展的控制性因素进行研究;分析了隧址区岩溶地下水的补给、径流、排泄途径;研讨了地层岩性分布规律和区域夷平面分布状况;分析了断层和褶皱等地质构造的分布规律,从而对隧址区的岩溶分布规律有了深入认识,进一步考虑隧道高程和线路走向,评价了齐岳山隧道可能发生岩溶突水突泥等施工地质灾害的危险地段;明确了施工过程中需要进行超前探测和防灾的重点区段。

隧道围岩分级的模糊信息分析模型及应用研究

铁路隧道围岩级别的划分是指导隧道设计和施工的重要依据 ,目前在设计和施工中对隧道围岩级别的判定方法具有较多的经验性因素。本文引入模糊信息的概念 ,以大量既有隧道围岩分级的信息提取为基础 ,建立了隧道围岩分级的模糊信息分析模型 ,其中应用层次分析方法 ,确定各个影响因素在围岩分级中的权重分配。通过工程实践应用 ,取得了良好效果。

深埋隧道岩溶突水灾害的地质条件研究

研究目的:明确岩溶山区深埋隧道施工突水灾害形成的地质条件,给隧道施工地质超前预报工作提供技术基础。研究方法:在现场调研的基础上,对宜万铁路岩溶地区的隧道工程进行了多方面的分析。研究结果:得出了深埋隧道施工过程中揭露的深部岩溶地质特征,岩溶洞穴、管道的形成与地层岩性、岩层构造、褶皱形态、岩层产状、断层特征等岩性构造因素的相关性,以及岩溶地貌和地下水条件与隧道突水灾害的关系。研究结论:岩溶突水地质灾害可能发生的工程位置与岩性分异界面、岩层接触界面、褶皱核部转折端、断层等地质因素有密切关系,这些部位是大型岩溶洞穴可能出现的位置,因此隧道线路上这些地质位置也是岩溶突水灾害形成的可能部位。在此基础上提出了岩溶山区隧道施工过程中岩溶灾害危险地段的判定原则。

含岩腔板岩隧道塌方成因及治理

针对古那湾1号隧道穿越含岩腔板岩发生的塌方,分析了塌方成因和破坏模式并给出了综合治理措施。隧道塌方成因是层状板岩碎裂松散、自稳能力低,隧顶围岩有岩腔发育和连续降雨导致围岩强度明显降低。破坏模式为隧道开挖→岩腔底部沉积物结构破坏进而推挤隧道→隧道垮塌→隧址区塌陷。治理措施包括:对岩腔进行回填;自地表垂直向下打设钢花管并注浆,增加围岩强度并封堵雨水渗流路径;洞内打设超前大管棚和小导管注浆预加固地层以及开挖过程中在掌子面及时喷射混凝土等。通过数值模拟与现场监测发现塌方治理效果较好。隧道已顺利贯通并处于长期稳定状态。

岩爆危险性预测的神经网络模型及应用研究

岩爆是高地应力区岩质隧道开挖施工过程中发生的主要施工地质灾害之一 ,它的发生对隧道施工企业的安全生产构成很大的威胁 ,对岩爆发生可能性及其程度的预测是这类隧道设计、施工及安全生产所面临的重大问题。依据隧道岩爆发生的条件 ,基于国内外隧道工程岩爆实例 ,应用人工神经网络方法 ,建立了岩爆危险性预测的评价模型并应用于实践。

断续节理岩体宏观变形特性差异性的分形估计

岩体结构的复杂多变是造成节理岩体宏观力学特性差异性的重要原因。应用分形几何学中的分维数作为描述岩体结构的定量指标,建立了分维数与岩体变形参数的相关模型,进而系统研究了某重大水电工程大型地下厂房不同工程部位的围岩变形特征。

工程地质课程教学改革

工程地质是土木工程专业的专业基础课。在教材的选定、教学方法和内容的优化,主要是授课方式与手段的多样化、考试的形式与特点、课程负责人制度的建立等方面进行了改革与探讨。同时,对实践教学环节的重点问题,特别是室内实验中的全面考虑与重点认识相结合的问题、野外实习中突出实践能力训练问题进行了系统研究。为在有限的课时内完成从基础知识到实践能力的教学,探讨了教学方法体系和课程建设的思路与方法。

长大隧道施工过程中突水突泥灾害预测预报技术研究

在岩溶地区深埋长大隧道的施工过程中,由于深层岩溶发育的复杂性,造成施工过程中突水突泥灾害频繁发生,对工程造成很大影响,所以进行施工地质预测预报是必要的,这项工作主要包括预测和预报两个阶段。预测主要是根据岩溶水文地质与工程地质的基础理论,对岩溶洞穴管道集中发育地段进行判定,确定突水突泥灾害的危险地段,预报工作是在危险地段应用地质探测方法对施工掌子面前方的岩溶洞穴管道分布状况进行探测,在这方面主要方法有水平钻探和物探手段,探地雷达作为近年来发展起来的一种物探方法,由于其探测过程的连续性和定向性,在中短距离的探测预报中具有突出的优势。文章探讨了岩溶形成条件综合判识、水平钻探与探地雷达相结合进行岩溶隧道突水突泥灾害超前预测预报的方法。

宜万铁路八字岭隧道岩溶管道冲积物特征实验研究

岩溶山区的隧道工程建设中,隧址区的岩溶管道连通性对隧道设计中涌水量、水压力等指标的确定以及隧道施工防灾具有重要意义。以宜万铁路八字岭隧道为例,系统分析了岩溶管道粗颗粒沉积物的粒度、岩石及矿物成分、圆度度组合等特征,通过对比分析,探讨了碎屑沉积物的地质联系,研究了沉积物的来源,以此为基础分析了隧址区岩溶管道的连通性,为工程设计施工提供参考。

黄土区工程边坡锚索应力监测预警的突变模型

以西气东输管道沿线的某黄土高边坡工程为依托,进行边坡稳定性的现场监测试验,测试边坡应力变化状态。以监测数据为基础,应用突变理论方法,建立黄土边坡坡监测预警的尖点突变模型,对具体监测数据进行滑坡超前预警的应用,通过与实际监测反映的边坡状态对比分析,验证预警模型的效果,说明尖点突变预警模型反映的边坡稳定状态改变特征与监测数据反映结果的一致性。

工程岩体抗剪强度参数的数值分析及应用

借助于地质调查和简便易行的力学实验确定复杂岩体的力学参数是岩石力学积极探索与研究的方向之一 ,根据典型的岩体结构概化模型 ,模拟现场岩体力学实验可以达到简便易行和完成大批量试验的目的 .本文使用数值分析方法 ,模拟了节理—岩桥组合剪切实验过程 。

山岭隧道施工诱发地下水位下降环境风险评价

研究目的:隧道施工对沿线生态环境产生一定的影响,不合理的开挖及排水可能导致突水突泥灾害,也可能造成地下水疏干、井水干枯、地表蓄水量减少等生态环境影响。为定量研究隧道排水对沿线铁路生态环境的影响,本文以某铁路隧道为例,综合考虑施工排放地下水对地下水位变化的特点及影响半径以及地理、地质、水文地质、隧道工程等相关因素,构造隧道地下水排放对生态环境影响综合评价的层次模型,确定生态评价指标以及评级指标的分级标准,应用层次分析法确定评价指标体系中各指标的权重值,采用模糊层次分析法进行隧道地下水排放对生态环境的影响评价。研究结论:(1)建立了地下水位下降对生态环境影响的风险评价指标,采用模糊综合评价方法对工作区域进行生态评价,结果表明影响区域范围内生态环境综合评判值为2.69,评价级别介于差和一般范围内,说明隧道施工对生态环境造成一定影响;(2)从动态的角度开展了地下水位监测,得到了隧道排水对地下水位下降的影响程度,验证了模糊综合评价结果;(3)该研究结果可为山岭隧道安全施工、控制岩溶涌水提供指导。

铁路施工期岩溶地质宏观预测专家系统研究

岩溶的发育受到多种因素控制,具有不确定性,在结合宜万铁路齐岳山隧道、八字岭隧道、野三关隧道、马鹿青隧道以及渝怀铁路圆梁山隧道等多座岩溶地区山岭隧道的岩溶洞穴发育分布特征分析研究的基础上,提出了包括地层岩性、地质构造、地形地貌、地表水、地下水、隧道设计等因素在内的隧道工程岩溶超前预报的地质分析指标体系,明确了岩溶灾害发生危险性的高、中、低3个等级的工程地质标志性特征,应用专家评价法研究了各个指标的权重,构建了超前地质预报专家系统知识库,研制了山岭隧道岩溶超前地质预报专家系统,通过宜万铁路具体隧道工程的实际应用探讨了专家系统预测的可靠性。

地下洞室中裂隙岩体围岩稳定性研究的模糊信息优化处理方法

基于地下洞室工程中裂隙岩体围岩分类及稳定性分级的实际资料，选取岩石单轴抗压强度、岩体ＲＱＤ值、裂隙间距、声波纵波波速等重要影响因素，运用模糊信息优化处理技术，建立了一套裂隙岩体围岩稳定性分级的评价方法；并应用于某水电工程地下厂房的围岩稳定性评价，体现了该方法简单、快速的特点。

考虑非饱和粘性土含水量变化的地铁隧道围岩土体稳定性分析

含水量是非饱和土力学性质的重要控制因素,非饱和粘性土是北京地铁苏州街车站隧道的主要围岩土体类型,应用钻孔取样的方法取得隧道周边区域内的土体系统样本,通过三轴试验和含水量测试建立了非饱和粘性土围岩的变形和强度参数与含水量的相关性,进而明确了该工程场地非饱和粘性土的主要参数与含水量的关系,以此为基础确定了工程场地不同区域的土体力学参数,通过有限元数值分析方法研究了施工过程中的围岩土体稳定性与地表沉降量,明确了考虑土体含水量变化条件下的隧道开挖施工过程中的围岩土体稳定性状况。