上软下硬复合地层基于衬砌结构弯矩最小化的隧道横断面优化设计

[目的]为有效防止隧道衬砌破损及渗漏水,对上软下硬复合地层隧道横断面进行衬砌结构弯矩最小化设计研究。[方法]根据复合地层隧道围岩压力特点及合理假设,提出软土-硬土及土-岩两类复合地层隧道衬砌结构荷载作用模式。基于最理想的零弯矩复合地层隧道优化思路,建立隧道横断面半结构力学模型,计算得出零弯矩隧道横断面合理轴线方程,以及复合地层分界线处及隧道横断面水平中线处直径解析表达式。简述了复合地层隧道横断面弯矩最小化设计流程。[结果及结论]软土-硬土隧道零弯矩横断面合理轴线呈梨形,土-岩隧道零弯矩横断面合理轴线呈类马蹄形;实际工程可基于隧道横断面合理轴线方程,通过综合评估和加权平均法来确定隧道横断面设计所需关键参数,从而设计出新型上软下硬地层隧道横断面,以期最大限度减少复合地层隧道横向变形。

复合地层双线盾构隧道下穿施工既有隧道沉降规律及加固方案研究

运营地铁区间隧道轨道沉降控制严格,新隧道下穿施工可能会导致既有隧道发生沉降,而在复合地层中,这种沉降更为明显,因此,加固方案的选取对控制既有隧道沉降尤为关键。该文依托某盾构下穿隧道工程,采用数值模拟方法对复合地层盾构下穿施工导致的既有隧道变形规律及加固方案进行了研究。结果表明:1)新建盾构下穿施工后,既有盾构隧道纵向呈现出“W”型沉降曲线,新建隧道与既有隧道平面交叉点处沉降值最大;2)采取设计的加固措施后,随着加固措施的增强,既有盾构隧道沉降曲线形态由“W”型向“U”型渐变,最大沉降量减小;3)当加固新建隧道拱180°范围及径向2.7 m范围土层时,既有隧道沉降满足控制标准要求,在类似工程条件下,建议采用上述加固方案。

复杂地层大直径变截面超长桩基施工技术应用研究

大直径变截面超长灌注桩具有可充分发挥结构性能、工程造价低等诸多优势,在高墩大跨桥梁桩基中得到广泛应用。但与等截面桩相比,大直径变截面超长灌注桩的施工工序较多,工艺较为复杂,质量控制相对困难。文章依托新疆某高速公路特大桥桩基工程,针对砂卵石全风化砂岩复合地层大直径变截面超长桩基施工技术进行探讨,分析阐述施工工艺流程,提出施工技术要点,以期为类似工程施工提供借鉴参考。

Periodicity of Element Changes in the Upper Devonian Strata of Dachang Area, Southern China——A Case Study of Spectral Analysis

Power spectral analysis is discussed and an exmple of its application to a geochemical stratigraphic profile is presented.In the Dachang area,all major elements,as well as the maximal sedimentary trend factor(MSTF),demonstrate consistent change periodicity,but are out-of-step with cach other.This can be explained by sedimentogecochemical consideration.The results of power spectral analysis enable geochemists to group elements on the basis of the distribution of their changed periods,and to interpret some special geological and geochemical situations.

淄博洪山-寨里煤矿地下水串层污染治理区水化学和硫同位素特征

在明确淄博洪山-寨里煤矿地下水串层污染治理区内水文地质状况、地下水流场特征等基础上,通过对矿井水、采空区水、矿排水、奥灰水、雨水、地表水的取样分析,掌握治理区的地下水水化学、硫同位素特征。选择接受大气降雨补给的区域、煤矿水聚集区、奥灰水聚集区以及奥灰水与煤矿水交叉混合区,分区对地下水水质现状及煤矿水和奥灰水之间水力联系情况进行分析判断。通过对比分析治理前后研究区水质情况,发现治理后奥灰水仍呈现高SO_(4)^(2-)浓度、高硬度、高TDS特征,且硫酸盐主要来源于煤矿水,治理后洪山、寨里煤矿地下水串层通道依然存在,串层污染情况持续进行,且污染较治理前有加重趋势。则今后治理工作应进一步查清、控制导水通道,控制矿坑水水位,避免其污染奥灰水。

复合地层盾构穿越构筑物群扰动规律及桩基隔断效应分析

依托某盾构穿越工程,建立了盾构同时穿越桩基和多条隧道的数值模型并进行了验证。总结了盾构穿越诱发的地表沉降、既有隧道收敛和桩基变形规律,探明了既有桩基对扰动传递的隔断效应,并通过土体应力路径分析揭示了桩‒土‒隧相互作用机制。结果表明:桩基的存在减小了隧道施工引起的地表沉降和沉降槽宽度,改变了既有隧道的变形模式,对扰动传递具有明显的隔断效应;受既有隧道和盾构施工的双重影响,两者间桩基承台的横向倾斜出现多个变形阶段,桩身上部出现较大的横向位移,而桩底位移较小;桩基、隧道和土体的刚度差异是桩‒土‒隧间复杂相互作用的根本原因。

基于连续-非连续单元法复合岩土体穿层预应力锚杆受力分析

边坡工程施工过程中,采用预应力锚杆施加预紧力可约束岩土体开挖后应力重分布作用产生的过大变形,增强岩土体自身强度。针对某边坡工程中预应力锚杆穿过多层岩土体的荷载传递及锚固承载特征问题,基于连续-非连续单元法(continuum discontinuum element method,CDEM)数值模拟方法,考虑复合岩土体中岩土层理结构面之间的非连续以及块体-杆件耦合计算问题,建立二维边坡复合岩土体桩锚结构数值模型,揭示复合岩土体中穿层预应力锚杆的受力特征。研究结果表明:岩土层与锚固体极限粘结强度标准值越大,产生的轴应变越小,轴力传递效应越弱,锚杆轴力衰减率越高;张拉第二、三根锚杆时,其杆体作用在张拉第一根锚杆之后岩土层自平衡后的应力场内,岩土体结构面产生的错动以及剪切蠕变导致预应力快速损失,其损失率比第一根锚杆大3%~4%;该边坡工程中锚固角度在25°左右最优,既能控制水平向受力,也能防止坡顶沉降,桩锚结构整体稳定性较好。耦合复合岩土体建模-桩锚结构承载-参数优化,深入研究复合岩土体中穿层预应力锚杆受力及其参数影响规律,研究结果将指导复合岩土体中桩锚结构设计与施工。

高水压复合地层过江隧道技术方案研究

盾构隧道穿越高水压复合地层是一项难度大、风险高的工程。掘进施工过程中需考虑复合地层及高水压对施工的双重不利影响。通过分析研究线路选线、盾构选型、复合地层处理以及过江施工注意事项等技术方案,确定高水压复合地层过江隧道关键技术方案,为类似工程提供参考。通过对比分析,采用复合式泥水平衡盾构机,在对上软下硬复合地层提前加固预处理的情况下,通过控制掘进参数以及循环泥浆参数,能有效保障过江隧道施工质量及安全。

供水管道水平定向钻穿越航道关键技术研究——以闽江水平定向钻穿越工程为例

为解决福州市琅岐岛供水不足问题而建设的塘坂引水工程琅岐支线(马尾段)供水管道,横跨穿越闽江航道,该管道内径为1 200 mm,长度为1 934 m,管材采用Q345B钢管。为减少该工程施工对现有地面设施的破坏并保证闽江主航路畅通,采用水平定向钻穿越施工法进行施工。本工程穿越地层为岩石与淤泥质黏土软硬交替地层,采用我国自主研发的新型2 000 t级电驱动水平定向钻机,应用新型的KY-100水平定向钻磁靶导向定位系统,并采用国际先进的双钻机对接穿越施工工艺,确保工程顺利实施;同时为了克服该工程穿越地层复杂、人工磁场铺设困难、穿越距离长、入出土点易冒浆等一系列工程技术难题,采取了双层套管、壁钩打捞及套洗钻具解卡等技术手段对钻杆弯曲、断裂等孔内事故进行了处理,提高了施工工效,减小了定向钻施工对地面设施和环境的影响。该相关技术经验可为类似工程的安全施工提供数据和技术支撑。

复合多层地层边坡组合式圆截面抗滑桩受力变形特征及其应用研究

组合式抗滑桩在各类大型、复杂地层结构边坡防护工程中得到了广泛应用,但复合多层地层边坡中组合式抗滑桩加固机理的研究仍有待深入。基于统一强度理论建立了复合多层地层边坡组合式圆截面抗滑桩群地质力学模型,提出了一种适用于复合多层地层边坡组合式圆截面抗滑桩变形与内力计算的有限差分方法。以提出概化的复合多层地层边坡模型为算例,通过对综合传统等效m法与有限差分数值模拟结果进行对比,研究了复合多层地层边坡组合式圆截面抗滑桩受力变形特征,并进一步结合浙江梅店公路边坡开展了工程应用研究。结果表明:相较传统等效m法,改进算法所得桩顶水平位移、最大正值弯矩和最大负值弯矩均有所增加,其计算结果更接近于数值模拟结果,计算结果更准确;组合式抗滑桩前、后排桩桩顶水平位移相等,受连系梁的影响,最大正值弯矩出现在滑动面以上;采用组合式圆截面抗滑桩支护的浙江梅店公路边坡的稳定性系数从1.05提升至1.83,公路边坡稳定性提升显著。研究成果可为组合式抗滑桩加固设计提供依据。

上软下硬地层大断面类矩形顶管结构的力学特性分析

以珠海市兴业快线(北段)下穿梅华东路隧道为工程背景,比对理论计算结果与工程监测数据,分析超大断面类矩形顶管管节在典型华南地区“上软下硬”地质条件下的力学特性。通过研究发现,该地质条件下结构受力形式并非理想状态下均匀且对称分布,常用的土压力计算理论更适用于上部软土地层,下部硬质地层土压力分布的离散性要大于上部软土地层,底部硬岩造成底部支座约束较强,导致结构两侧受力与理想状态的对称形态有所差异。

淄博煤矿区地下水污染水动力和同位素解析

山东省淄博市洪山-寨里煤矿相继闭坑后矿井停止抽排地下水,矿坑水水位上升并通过破损井管等水力联系通道造成奥灰水受到不同程度的污染,严重影响了当地居民的生产生活。文章详细分析了研究区地质及水文地质条件,应用水动力学并结合地下水的^(18)O、~2H以及硫酸盐^(34)S和^(18)O同位素方法,解析研究区奥灰水污染来源与途径,得出如下结论:(1)矿坑水特点为微酸性、高SO_4^(2-)和高TDS,部分奥灰水样表现出和矿坑水相似的水化学特征,指示奥灰水局部受到矿坑水污染;(2)矿区地下水主要接受大气降水补给;(3)奥灰水硫酸盐硫氧同位素组成大于砂岩水中硫酸盐同位素组成;(4)煤矿闭坑后停止抽排地下水使矿坑水水位上升,通过水力联系通道,矿坑水串层污染奥灰水;(5)矿区奥灰水受到一定的矿坑水串层污染作用,通过混合比计算,量化了矿坑水对矿区地下水的污染贡献。该研究可为矿区水污染治理提供科学依据。

沙丘背风侧气流及其沉积类型与意义

在腾格里沙漠东南缘对现代沙丘表面气流、沉积过程的野外观测结果表明 ,由于区域气流、沙丘形态及其相互作用等的不同使沙丘背风坡气流发生变化 ,在此发现三种背风坡次生气流 :分离流、附体未偏向流和附体偏向流。前者以弱的反向流为特征多发生在横向气流条件下坡度较陡的背风坡 ;后二者具有相对高的风速 ,其中附体流多发生在坡度缓和的背风坡 ,其方向在横向气流条件下保持原来的方向 ,而在斜向气流作用下发生偏转且其强度为原始风入射角的余弦函数。根据背风坡气流方向及强度 ,作者阐述了不同区域气流环境中沙丘背风坡沉积过程、层理类型及特征 。

止水不良孔导致地下水串层污染的机制研究——以衡水某试验孔为例

华北平原长期存在＂上咸下淡＂的水质格局,近年来,咸水下移问题不断威胁深层淡水资源。根据衡水市某止水不良孔（GK井）修复前后其周边观测孔（XK4井）内水质变化情况,通过构建考虑钻孔串层污染的溶质运移模型,对止水不良孔作为优势通道引导咸水下移的机制进行了研究。结果表明：原本水力联系微弱的相邻含水层通过止水不良孔发生了越流,上层咸水在水头差作用下沿井管下移,经滤水管进入淡水层,导致下层淡水迅速咸化;GK井在14个月内形成的污染晕半径为20~75 m,导致XK4井地下淡水矿化度在5个月内升高约5倍;GK井封填后,污染物在水动力作用下发生扩散、稀释,被污染淡水在4个月后又恢复至原有浓度。止水不良孔造成的串层污染不容小觑,应及时发现及早治理。

近距离煤层采场过上覆T形煤柱矿压显现规律

为对大柳塔煤矿21306工作面过上覆T形交叉煤柱矿压显现规律进行分析,运用理论分析和FLAC3D数值模拟,从煤柱内应力分布角度对T形煤柱的作用机理进行了分析。结果表明,上覆走向煤柱区下的工作面来压呈现对称性分布,且支架载荷普遍大于采空区下对应支架;上覆倾向煤柱区下的工作面推进过程中,分别在进入倾向煤柱、煤柱正下方以及出倾向煤柱呈现出3阶段不同的来压特征。上覆倾向煤柱对采场矿压影响明显大于走向煤柱,因走向煤柱与倾向煤柱的影响作用叠加,T形煤柱交叉区对工作面来压的影响程度则介于两者之间。煤柱上的集中应力分布是造成走向煤柱区以及进入倾向煤柱阶段采场矿压显现规律不同于其他区域的原因,而对于出倾向煤柱阶段工作面的动载矿压则是由于煤柱上方不稳定的关键块体结构的相对旋转运动造成的。

基于钻孔数据的三维地层模型的构建

三维地质建模是三维GIS在地学中的一个重要应用,三维地层模型对实际的地质分析极为有用。在综合前人研究成果的基础上,提出了一种由工程钻孔数据构建三维地层模型的方法。该方法以钻孔资料作为地层建模的源数据,具有简单实用、快速稳健的特点,并且能够将用户手工编辑修改的钻孔剖面图融入实际建模流程,解决了以往单纯依靠钻孔数据进行建模而导致的建模结果不精确且难以修正的问题。该文介绍了该方法的基本思想与实现流程,探讨了断层数据的加入对模型的影响及解决方案,并通过一个建模实例展示了该方法的实际建模效果。

新疆库车盆地东秋里塔格构造带新生代的构造演化

东秋里塔格构造带位于库车前陆盆地的南缘,新生代经历了强烈的构造挤压和构造沉降。平衡剖面分析、生长地层识别和重点井沉降史的数值模拟表明:古新-始新世库姆格列木群沉积期间构造活动微弱并沉降缓慢。渐新世苏维依组沉积期间,构造活动开始加强,沉降速度加快,并形成了一些小断距的逆断层。中新世构造活动进一步加强,沉降加速,沉积了厚层的吉迪克组膏盐层;康村组沉积时期,构造挤压使得膏盐层发生塑性流动,形成盐枕,康村组发育生长地层。随后的上新世库车组沉积期间,研究区先发生快速沉降,然后,随着南天山急剧隆升,冲断作用迅速向南扩展。约在早更新世,库车褶皱冲断带前锋到达东秋里塔格构造带,并最终定型,使得该区发生强烈的构造变形,形成大量的逆冲断裂构造带,膏盐层表现出明显的塑性流动,形成盐推覆构造。

黄骅坳陷中区中生代构造演化

渤海湾盆地地区中生代构造演化与样式始终不明朗,特别是对燕山期变形始终存在争议,故选择黄骅坳陷中区中生界作为重点剖析对象,通过大量地震剖面的解释和平衡剖面技术复原古构造演化的研究,并结合前人研究成果和区域构造背景,提出黄骅坳陷中区中生代演化过程可大致分为4个阶段:印支晚期东西向宽缓褶皱及后期逆冲构造变形期、燕山早期挤压走滑构造变形期、燕山中期继承性挤压与右旋张扭构造变形期、燕山晚期—喜山期区域性伸展构造变形期。

柴达木盆地北缘中生代盆地性质研究——对大柴旦凹陷的解剖

柴达木盆地北部地区的中生代地层是柴达木盆地油气勘探的重点层系之一。利用地震剖面解释成果和野外地质资料绘制了侏罗纪与白垩纪的地层残余分布图和断裂分布图;利用平衡剖面对地震剖面进行了平衡恢复,恢复了侏罗纪与白垩纪的原始与剥蚀后形态。通过对中生代各期(主要是侏罗纪和白垩纪)残余地层、断裂的分布和地震剖面构造演化的综合分析,认为柴达木盆地北部地区中生代经历了三个不同性质的盆地演化阶段:早侏罗世为伸展环境下的(箕状)断陷盆地,主要表现为一系列小型断陷盆地群;中侏罗世—早白垩世为伸展型坳陷盆地;晚白垩世末盆地受挤压整体隆升,形成古隆起。

地层切片穿时现象对地震属性的影响

结合实际地震资料,采用以同相轴(波峰相位)为中心上下一个视周期内(穿时半个视周期)跳跃解释层位、以同相轴为中心上下3/2个视周期内(穿时3/4视周期)跳跃解释层位和严格按照同相轴(波峰相位)解释层位,并以解释出的层位为顶约束,以另一自动追踪同相轴解释的层位为底约束,内插建立层段地层切片;通过对不同方式制作的地层切片进行对比,研究了穿时对属性地层切片的影响。研究发现:轻微穿时对属性地层切片有一定的影响,但对地层切片上岩相分布的整体态势影响不大;瞬时相位和振幅瞬时值相关性不明显;当穿时超过3/4视周期时,振幅瞬时值属性地层切片上岩相分布的整体态势将受到很大影响,穿时程度越大,属性切片受到的影响也越大;穿时对属性地层切片的影响与时窗大小和属性本身的特性有关,时窗越小,影响越明显;与瞬时属性相比,切片属性为时窗内统计类属性时,穿时对属性地层切片的影响较小。