大型分岔隧道围岩稳定与支护三维地质力学模型试验研究

分岔式隧道是一种新型隧道结构型式,目前尚无相应的设计、施工技术规范和标准可循,为了解这种新型隧道结构的应力和变形状况,采用三维地质力学模型试验方法对目前在建的沪蓉西高速公路大型分岔隧道进行研究。试验成果有效地揭示分岔隧道洞周的应力、位移变化规律和分岔隧道围岩的破坏机制,获得分岔隧道的设计和极限承载安全度,为分岔隧道的优化设计和施工提供了有工程指导意义的建议和结论。

多变地质区特长高速公路隧道信息化建设技术

隧道信息化建设技术涵盖了隧道动态设计、施工信息化及信息化管理等诸多方面的隧道技术。在多变、复杂地质条件下的特长高速公路隧道建设中,隧道建设信息化技术的主要内容及手段可以从信息化施工、信息化动态设计、先进的建造技术与技术方案、信息化、动态化施工管理等多方面来进行实施。从实际工程应用的结果来看,隧道建设信息化技术的实际应用效果是显著的,这将为以后的隧道建设、管理提供可借鉴的方法和技术。

导流隧洞工程围岩突破现象与数值模拟

根据工程岩体发生破坏时,总是从一处或少数几处开始破坏,通过应力场调整和岩体性质改变使破坏或者逐步扩展或者转入相对稳定的现象,提出用破坏追踪的方法对破坏过程进行数值模拟,在数值模拟的过程中,围岩的本构关系按全量型进行非线弹性分析,对不同的应力状态应用不同的强度准则,对不同的破坏状态应用不同的本构方程,对不同的破坏状态应用不同的弹性矩阵。通过一个导流隧洞的工程实例表明提出的方法可以模拟围岩破坏的过程,并且从破坏轨迹中可以分析出围岩的突破点和突破塌方的位置,为工程的支护设计和加固提供依据。

隧洞围岩参数反演智能融合模型与分析方法

围岩力学参数反演分析一直是岩土工程研究的热点问题,对于解决岩土试验不足条件下岩土力学参数的取值具有重要意义。为了获得更为合理准确的引水隧洞围岩力学参数,本文提出了一种融合多种机器学习算法的智能反演模型与分析方法。首先利用正交试验法设计了25组围岩力学参数,同时采用FLAC3D数值模型计算得到目标断面监测点的位移值,通过参数灵敏性分析得到围岩力学参数对测点位移的影响程度。然后基于25组数据针对弹性模量、泊松比、黏聚力和内摩擦角四种不同的反演目标,选取不同种类的算法分别构建智能融合模型。最后,以青海“引大济湟”引水隧洞工程为工程实例,分析围岩力学参数对测点位移的影响由大到小依次为弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角;利用所建立的融合模型进行围岩参数反演分析,结合FLAC3D将所得围岩力学参数进行正演计算,得到拱顶沉降,拱底隆起和左右拱腰位移与现场实测值的相对误差分别为5.01%、3.21%、3.87%和4.17%,相对误差值均小于其他单个模型,表明所提出的反演智能融合模型与分析方法更为合理可行。

高水头下大型导流洞新型堵头-围岩相互作用规律与安全评价

水利水电工程导流隧洞围岩-堵头协同承载的稳定性对于电站蓄水发电和安全运行至关重要。乌东德水电站左、右岸导流隧洞采用柱形堵头取代传统的扩挖楔形堵头,这种新型堵头结构型式在所处围岩条件和高水头作用下的安全性是否满足工程要求是需要回答的重要问题。采用物探、试验等多种手段,并结合能够模拟围岩-堵头渐进失稳破坏过程的数值计算方法,分析了高水头作用下直柱形、曲柱形、楔形等不同结构型式堵头与围岩相互作用的力学响应规律及其安全性,获得的主要结果包括:(1)给出了不同型式堵头与围岩相互作用条件下的抗滑力计算公式,揭示了扩挖楔形堵头-围岩协同承载的"楔形夹持效应"和曲柱形堵头-围岩协同承载的"弯段效应"等力学机制;(2)获得的乌东德导流洞堵头段围岩与混凝土的接触状态显示,堵头段衬砌-喷层-围岩整体接触紧密、胶结良好,接触面未见软弱充填物及张开现象,同时建议了这些接触面抗剪切强度参数;(3)在高水头作用下,不同类型堵头?围岩相互作用的变形规律基本一致,堵头压缩变形传递影响范围约为堵头长度1/2,水压力引起的变形影响范围约为1倍洞跨,且堵头混凝土与围岩间抗剪作用未完全发挥,有效抗剪作用范围约为1倍洞跨;(4)当堵头与围岩之间接触面力学性状较差时,堵头安全裕度由高到低依次为楔形堵头、曲柱形堵头、直柱型;当堵头与围岩之间接触面性状较好时,采用柱形堵头可提供与传统楔形堵头基本相同的安全裕度。最后,对乌东德水电站导流洞施工期及运行期堵头?围岩相互作用的安全性进行了评价,表明柱形堵头结构可承受的安全荷载在3.1~7.4倍设计水头之间,大于所执行规范要求的安全系数,采用柱形结构型式是可行的,可为类似工程提供参考。

软弱地层小断面引水隧洞超前小导管加固效果分析

为研究小断面引水隧洞施工过程中穿越软弱松散土层和不良地层时,不同超前小导管布置方案对隧洞围岩稳定性的影响,利用MIDAS/GTS NX软件建立三维有限元模型,对无小导管、空心小导管、实心小导管和小导管注浆扩散至围岩0.5 m四种工况下的隧洞围岩变形和衬砌受力情况进行模拟。结果表明:布置小导管后,隧洞围岩水平位移和竖向变形减小;布置为实心小导管时隧洞围岩变形未发生变化,浆液扩散后围岩变形进一步减小,控制变形量较为显著。

含节理岩体深埋引水隧洞围岩稳定性分析及优化设计研究

针对某水电站引水隧洞实际地质情况,采用离散单元法,深入研究了含节理岩体深埋引水隧洞初始应力、开挖锚喷支护及运行期工况下围岩应力分布情况及变形特点。研究成果表明:洞室开挖后顶拱及边墙部位顺节理方向变形突出,受围岩拱效应的影响底板出现较大位移,且局部存在应力集中现象;塑性区及锚杆拉应力呈明显不对称分布状态,节理对岩体整体稳定性影响效果明显。基于研究成果,结合施工过程中实时反馈的地质信息,提出了节理岩体中深埋引水隧洞围岩稳定动态反馈分析和支护优化设计方法,在应用于该工程实践的同时,对类似水电站引水隧洞衬砌结构优化为挂网锚喷支护设计具有一定的指导和参考作用。

模糊集合论在岩土工程综合评价上的应用──以黄河大柳树坝址为例

岩体的工程分类是岩体力学的基本问题之一。岩体工程分类的主要目的是：针对不同的工程对象，对岩体进行综合评价，划分等级，区分成性质相近的类别，为工程的选点设计提供定量的资料。本文采用模糊综合评判方法对黄河大柳树坝址导流洞围岩稳定性进行了评判，并提出了提高评判精度的注意事项。

滇中引水工程砂化白云岩隧洞围岩地质特征与破坏机制

砂化白云岩岩体结构破碎,赋存地质环境复杂,因易发塌方、突水涌砂,可能诱发地面塌陷等灾害,在该地层中修建地下工程面临施工难度大、灾害处置难、施工安全风险高等挑战。滇中引水工程玉溪段共有5条输水隧洞穿越砂化白云岩地层,采用地质调查与分析、微观结构测试与分析等方法,研究隧洞沿线砂化白云岩空间分布特征及不同砂化等级白云岩的微观结构;通过施工跟踪、围岩失稳案例统计、理论分析归纳等手段,概括砂化白云岩隧洞围岩失稳的影响因素,探索围岩破坏机制并提出灾害的针对性防控措施。研究结果表明:(1)砂化白云岩空间分布和砂化程度与断裂、断层的发育密切相关,由地表向深部呈剧烈砂化→强烈砂化→弱砂化的分带性;滇中引水工程玉溪段砂化白云岩隧洞的砂化程度以强烈砂化、剧烈砂化为主;(2)砂化白云岩隧洞围岩失稳的影响因素主要包括砂化等级、断层、地下水、施工工艺与管理等因素;(3)无水条件下,砂化白云岩隧洞主要发生重力驱动型、应力-岩体结构复合驱动型的围岩塌方失稳;富水砂化白云岩洞段主要发生强烈、剧烈砂化岩体突水涌砂,其失稳机制主要为渗透失稳;(4)超前地质预报和灾害风险动态评价是砂化白云岩隧洞灾害防控的重要举措,止浆墙施作、围岩固结灌浆是突水涌砂的主要工程处置措施,施工经验仍然需要积累和总结。研究成果对砂化白云岩隧洞围岩灾变防控具有一定的指导价值。

砂化白云岩隧洞围岩分类方法SHF构建及应用

砂化白云岩在我国西南地区分布广泛,在该地层中修建隧洞,常出现掌子面塌方、突水涌砂等地质灾害,因此在滇中引水工程建设中面临的砂化白云岩问题备受关注.砂化等级和地下水条件是控制砂化白云岩隧洞围岩破坏模式与稳定性的关键因素,然而,在传统围岩分类方法中往往没有全面考虑到这些因素,例如在Q系统中未考虑岩石强度、RMR法未考虑地应力、BQ法对砂化白云岩的结构面状态、粗糙度等,同时,传统方法均未直接考虑砂化等级对于砂化白云岩工程特性的影响.为实现更为快速、客观地进行砂化白云岩隧洞围岩分类,需构建一种适合于砂化白云岩隧洞的围岩分类方法.为解决以上缺陷,以在建的滇中引水工程为依托,首先分析了Q法、RMR法、RMi法、GSI法、BQ法等传统方法在砂化白云岩隧洞中的适用性.其次,结合砂化白云岩工程地质特性及赋存地质环境,构建了以砂化等级、结构面状态、地下水、主要结构面状态、地应力为评价指标的围岩分类体系SHF,并选取依托工程典型洞段对SHF分类方法进行了验证和应用.建立的砂化白云岩隧洞围岩分类方法SHF易于操作,应用该方法所得的围岩分类结果更符合工程实际,研究可为砂化白云岩隧洞支护设计和施工提供理论依据.