基于数字钻技术的岩石强度特性预测方法研究

【目的】快速准确地超前预报岩体力学参数。【方法】通过分析取芯钻头的受力特点,根据力学极限平衡原理建立钻进过程中机-岩相互作用的数学模型,提出一种基于数字钻技术的岩石主要强度参数(内摩擦角、单轴抗压强度和抗拉强度)的解析方法。利用自主研发的高精度数字钻系统预测4种岩石的内摩擦角并与室内试验测定值进行对比,验证该方法的可靠性。通过对岩石强度与内摩擦角、切削强度比(岩石无侧限抗压强度与切削强度之比)进行相关性分析,预测岩石强度并对预测结果进行验证。【结果】通过数字钻技术获得的岩石的内摩擦角与标准室内试验测定值之间的误差为1.0%~3.5%。岩石单轴抗压强度、抗拉强度均与切削强度比呈线性正相关,岩石强度的预测值与室内标准试验测定值之间的误差略超过20.0%。【结论】利用数字钻技术预测的岩石力学参数经过验证具有可靠性,该方法在实际工程中具有一定的应用价值。

库尉输水工程富水土质洞段的流固耦合分析

库尉输水隧洞前段位于库鲁克山北侧倾斜砾质平原区,地下水位埋深较浅(最浅处仅为1.4 m),且远高于设计洞顶,给设计和施工带来了巨大的困难和挑战。在深入分析水文地质条件的基础上,采用大型有限差分软件FLAC3D对3个典型断面进行了流固耦合分析。研究表明,地下水对隧洞受力及变形特性影响显著,耦合条件下低液限粉土洞段拱顶变形约为不考虑渗流影响时的5.6倍,且与实测值更为接近;不同围岩类型和水文地质条件下各洞段的变形差异较大,耦合条件下低液限粉土洞段的拱顶变形为90 mm、而粉土夹砂和粉细砂夹砾石洞段的变形分别为36 mm和26 mm;耦合条件下各典型断面支护结构受力均超过了素喷混凝土的设计抗拉强度(1.1 MPa),需尽快施做二次衬砌。以上研究成果可为本工程及类似工程的设计与施工提供参考。

利用红黏土弃渣制备岩溶区注浆材料配比及其性能研究

在岩溶地区进行灌注桩施工时,注浆法可有效改善混凝土易流失、断桩、桩身孔洞等问题,但传统注浆材料成本较高且性能过剩,而且施工现场往往存在大量弃渣需要妥善处理。鉴于此,提出利用红黏土弃渣为基材,以水泥、粉煤灰为主固化剂,辅以水玻璃,制备新型注浆材料。通过正交试验,探究各组分对浆液关键性能指标的影响,确定最佳配比,并对最优配比下浆液结石体的微观结构进行分析。结果表明:水土比是影响浆液性能的主控因素;水泥掺量对浆液结石体的强度影响最大;粉煤灰可以增加浆液结石率,并提高结石体的后期强度;水玻璃主要起到加速凝结的作用。推荐的最佳配比为水土比0.6(质量比),水泥掺量10%(质量分数),粉煤灰掺量12%(质量分数),水玻璃掺量1.1%(质量分数)。经综合分析,该浆液具有流动性好、填充性好、强度适中、造价低廉等特点,适合工程大规模使用。

岩溶极发育地质条件下的旋挖灌注桩施工技术

岩溶极发育地区存在见洞率高、竖向溶洞发育、溶洞充填物力学性质差、基岩面起伏较大、基岩内部溶蚀裂隙较发育等不良地质现象,采用传统旋挖成孔灌注桩施工工艺极易发生溶洞充填物坍孔、钻孔偏斜、漏浆、桩身混凝土流失、断桩等不良现象。基于此,对云南省典型岩溶极发育地区某高层建筑旋挖灌注桩施工参数(钻进压力、钻速、提钻速度等)进行分析,提出该地质条件下的最优施工参数,并利用地质钻孔注浆填充预处理和施工参数解决溶洞充填物垮塌问题,利用双钢护筒护壁解决土岩交界面存在的坍孔问题,从而提高施工工效,为类似工程的施工提供参考。

库尉输水隧洞塌方机制分析及加固效果评价

库尉输水隧洞前段地下水位远高于洞顶(均在洞顶10 m以上),洞内呈淋雨状,施工过程中塌方事故频发,多处洞顶形成塌方廊道,给工程施工和长期运行造成了隐患。在对塌方事故调查和分析的基础上,通过有限差分软件FLAC3D对其坍塌机制进行系统的研究,并对典型塌方洞段的加固效果进行论证。研究表明:(1)地层岩性是该隧洞塌方事故频发的内在原因,地下水进一步增加了坍塌的可能性(致使洞周变形增加了约2.0倍);(2)初期支护不及时和开挖循环进尺过长是塌方事故发生的直接原因(致使洞周变形分别增加了约0.8和0.2倍);(3)加固处理方案的合理性和施工质量的可靠性对隧洞的安全稳定性至关重要。