动力扰动下岩溶隧道突涌水渗流-应力-损伤试验研究

为探究不同距离下充水溶洞对岩溶隧道突涌水灾变演化的过程,基于扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)对研究区的灰岩进行微观结构表征分析,再采用岩石破裂过程分析软件RFPA^(2D)-Flow建立数值模型,模拟不同距离溶洞对隧道开挖的影响。试验结果表明:通过SEM观察发现,灰岩矿物内部晶体颗粒分布不均匀,形状不规则,存在溶蚀孔隙较为发育。隧道在开挖扰动过程中,不同距离下溶洞对隧道围岩破坏过程影响显著,当相对距离为1 m时,溶洞周围围岩单元损伤最严重,2 m时次之,处于临界状态,3 m时最小。整个开挖过程大致可分为3个阶段:压密阶段、裂缝扩展阶段、失稳破坏阶段。根据声发射总能量与声发射计数的趋势变化,可以清晰反映出在隧道突涌水的灾变演化情况。研究成果对富水岩溶隧道突涌水的防预和处治提供给理论指导。

深埋隧洞围岩分类方法——JPHC分类

现有围岩分类方法只适用于中低地应力、低外水压力条件，在高地应力、高外水压力条件下的适用性差。某深埋隧洞地应力高达20～40MPa、局部外水压力高达1～10MPa，具有高地应力、高外水压力的特点。以该深埋隧洞为例，对《水利水电工程地质勘察规范》中的围岩分类方法（HC分类）进行了改进。通过HC分类与Q系统在该隧洞分类结果的相关性、一致性分析，引入地应力修正系数、岩爆烈度、水力劈裂的临界水头压力等，建立了高地应力、高外水压力条件下的围岩分类方法——JPHC分类。该方法在某深埋隧洞围岩分类中适用性好，并可推广使用。

基于高密度电阻率成像法的低渗透裂隙岩体水流入渗特征原位试验研究

为分析发生在野外低渗透裂隙岩体中的水流入渗特征,采用了三维高密度电阻率成像(ERT)技术,进行了原位同步观测试验研究。研究结果表明:在利用ERT所获取的电阻率图像中,相对于岩岩体分布区,岩体中的水流入渗区呈现出明显的低阻异常特征。在低阻特征区域,在电阻率图像中的空间分布是不均匀的,其不均匀性反映了岩体渗透性的相对大小。不同时刻的电阻率图像反映了水流的入渗动态过程及特征,水流的入渗并不是均匀入渗,而是存在着优势入渗现象,尤其是在入渗的早期。

常用围岩分类方法对某深埋隧洞的适用性分析

某深埋隧洞局部地应力高达42 MPa,局部外水压力高达10 MPa,具有高地应力、高外水压力的特点。一般认为,最大主应力大于20 MPa属于高地应力,外水压力远大于1 MPa为高外水压力。采用Q系统、RMR分类、水电规范HC分类、国标BQ分类等4种常用围岩分类方法对该隧洞进行了围岩分类。分类结果表明,高地应力条件下,Q系统的适用性较好,RMR分类、HC分类、BQ分类适用性均差。4种分类方法在高外水压力条件下的适用性均差。出现上述现象的主要原因有:Q系统通过最大切向应力与岩石抗压强度的比值σθ/σc的大小,反映高地应力对围岩类别的影响。故其在高地应力条件下的适用性较好;RMR分类没有考虑高地应力对围岩类别的影响。其分类结果在高地应力区特别是岩爆段偏高;HC分类在高地应力区简单地采用降级的方法。其分类结果误差较大;BQ分类对岩石强度过于敏感。其分类结果在高地应力区过于保守。这4种方法均未考虑高外水压力对围岩类别的影响。论文提出了一种“归一化方法”,可以对不同分类方法分类结果进行相互比较。

惠州地下水封油库三维非恒定渗流场研究

水封地下油库渗流场的分布是油库区地下水管理和油库运行方案的基本依据之一。为了解惠州水封地下油库区地下水在施工期和运行期的变化情况,应用三维非恒定流数值方法对复杂水文条件下的洞库区渗流场进行模拟,分析了不同初始地下水位条件对洞库区围岩渗流场的影响,探讨了施工期水幕系统不注水条件对油库运行的影响。研究表明:储油主洞开挖期间,水幕系统不注水将导致洞库围岩出现大范围的非饱和区,从而影响洞库多品种油品的储存。运行期水幕注水时的水封效果良好,洞库区围岩在进行灌浆处理后的涌水量较小。

基于改进的距离判别分析法的南水北调西线工程TBM施工围岩分级

对马氏距离判别法和层次分析法存在的不足进行改进,将改进的距离判别分析法应用于南水北调西线工程TBM施工围岩分级中。根据TBM施工特点和相关研究成果,将TBM施工围岩分级标准定为4级。选用岩石强度、岩组特征、结构面间距、结构面与洞轴线夹角以及石英含量5项指标作为判别因子,以南水北调西线工程杜柯河—玛柯河段实例数据作为学习样本进行训练,建立TBM施工围岩分级的改进的距离判别分析模型,利用得到的线性判别函数对待判样本进行分级。最后,将改进的距离判别分析法得到的判定结果与传统马氏距离判别法、RTBM法以及RMR方法得到的判别结果进行对比分析,验证了改进的距离判别分析法的有效性。研究结果表明,改进的距离判别分析法具有预测精度高等优点,为TBM施工围岩分级提供了一种新的有效方法。

南水北调西线工程岩石中石英含量变化及其对TBM施工的影响

石英是各类岩石中广泛存在的一种矿物成分,石英颗粒的大小和含量不仅决定了岩石的强度、硬度和耐磨性,而且直接影响TBM施工的掘进效率。在南水北调西线工程区采集124块岩石样品进行了岩石薄片鉴定,在岩石碎屑粒度分析的基础上,得到了不同采样区域岩石中的石英含量分布特征。基于TBM施工特点,根据不同岩石中的石英含量统计结果,分析了石英含量分布规律对南水北调西线工程TBM施工围岩分类和掘进效率的影响。研究结果表明:(1)砂岩(含杂砂岩)、粉砂岩和板岩中的石英含量具有较明显的差异,砂岩(含杂砂岩)、粉砂岩的石英含量较高,其平均值分别为74.21%和80.41%;板岩中的石英含量较低,平均值为9.36%。(2)砂岩(含杂砂岩)及粉砂岩中的石英含量一般大于60%,对TBM施工围岩分类的影响属于严重等级;板岩中的石英含量一般小于30%,对TBM施工围岩分类的影响属于轻微-明显等级。(3)岩石中的石英含量越高,岩石硬度和耐磨性越高,刀具损耗越大,TBM施工掘进速度PR和施工速度AR越低。研究成果可为南水北调西线工程TBM优化选型、施工围岩分类以及施工进度预测提供参考依据。

白石岭隧道坍方冒顶的处理与经验体会

重点介绍深圳市白石岭大断面公路隧道,在全-强风化的花岗岩及第四系坡、残积土施工中遇到花岗岩微风化球体的不良地质条件。由于大气降水、围岩渗水致使围岩缺乏自稳性,造成隧道连续大规模坍方冒顶,并列举典型事例,介绍事故处理措施、过程和效果,对施工中的经验教训进行了归纳总结,提出一些看法和建议。

我国城市的大气污染与气体能源的地下储存

汽车尾气污染已成为城市空气污染的主要来源，改善汽车的燃气已成为当务之急。液化石油气与压缩天然气应是首选能源。延用百年的地表钢罐储存，无论从规模上、造价上、还是环境保护等方面已不再适宜。地下水封岩洞储存已应运而生。地下储气库对地质条件提出了非常严格的要求。本文重点论述地下水封洞库的保证性与围岩稳定性，同时还对我国修建地下气库的前景作了展望。

白象山铁矿富水巷道遇断层防水岩柱留设研究

基于多孔介质流固耦合理论及弹塑性极限平衡理论,以白象山铁矿-390-1#穿脉与导水断层交汇处为工程背景,建立穿脉巷道遇大倾角导水断层数值模型,研究在不同侧压力系数条件下防水岩柱的留设宽度,探讨和研究在巷道开挖扰动下围岩系统的应力及应变场变化规律以及对巷道围岩稳定性和突水风险性的影响规律。

基于GSI和Q系统岩体力学参数确定方法及应用

地下水封洞库工程中需要对岩体进行稳定性分析,其中最关键的一点是岩体力学参数的选取。岩体力学参数受岩块的力学性质、结构面分布情况、结构面性质以及地下水作用等因素的影响。文章在对围岩分级系统研究的基础上,通过Q围岩分级和GSI围岩分级间的关系,将Q结果引入到霍克-布朗准则中,确定该准则中的各项参数,并将霍克-布朗准则和工程稳定分析软件中常用的摩尔-库伦准则结合,得到了基于该准则的岩体力学参数计算公式。通过工程实例验证了该方法的准确性和合理性,对地下岩体工程的研究具有一定的指导意义。

西北某市引水工程右坝肩碎裂结构围岩成分与微结构特征

以某市引水工程右岸溢洪洞为例,从微观成分和结构两方面探讨了工程右坝肩洞室围岩变形破坏的特征和规律性。在溢洪洞不同位置处出露的围岩体中,取试验样品若干件,测得围岩的平均化学成分并做了百分含量的衍射分析;对样品又做了电镜扫描分析,以进一步了解其微观变形结构特征。

甘肃瓜州榆林窟东崖体水分分布特征研究

基于榆林窟东崖的高密度电阻率探测、东崖探井开挖及6窟穹顶裸露岩体的钻孔取样,结合探井地层剖面的划分,研究榆林窟东崖体内岩体的含水特征.结果表明,榆林窟东崖体w(水)较低,水分分布特征为具有相同w(水)岩体的分布深度南侧比北侧深,东侧比西侧深,东崖0~10 m内岩体的w(水)=0.13%~3.69%,平均w(水)仅为2.09%.榆林窟砂砾岩的w(水)与各w(粒组)之间的关系较为复杂.

红层软岩膨胀力学特性试验研究

红层地区岩体膨胀变形现象显著。为研究红层软岩膨胀力学性能,采用YYP-50型岩石膨胀压力试验仪和岩石自由膨胀率试验仪对某隧洞区5种不同岩性的红层软岩进行室内膨胀特性试验,并通过pH计测定了膨胀压力试验前后水溶液的pH值。试验结果表明:该隧洞区5种红层软岩的平均膨胀压力差异明显,最低为175.13 kPa,最高可达2 080.16 kPa,膨胀力的对数与膨胀应变呈线性增长关系,膨胀压力与干密度、吸水率皆呈正相关,与初始含水率呈负相关;膨胀压力试验后5种软岩的水溶液pH值均大于7,且不同地层水溶液pH值变化率不同,膨胀压力的大小与pH值及其变化率呈正相关;5种软岩的平均自由膨胀率相对较大,纵向、径向最高可达40.8%和32.4%,平均膨胀压力与平均自由膨胀率表现出指数增长趋势。研究成果可为今后膨胀岩地区工程建设提供一定的理论支撑。

某核电站取水隧洞工程地质问题分析

某核电站位于渤海边,需要利用输水隧洞取海水冷却,地质结构和地下水的性质对隧洞的开挖施工和安全运行具有重要的影响。通过地质调查、地球物理勘探、钻孔取芯、室内试验和原位测试等方法,对工程区的工程地质及水文条件进行了分析评价。分析结果为:隧洞围岩主要为Ⅴ类和Ⅳ类,对施工开挖边坡的稳定性有一定影响;地下水为淡水,对混凝土隧洞影响微弱。根据水文和地质勘察成果,对隧洞设计提出了初步建议。

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。

安徽省铜陵市金口岭铜矿宝山矿段水文地质及工程地质特征

金口岭铜矿宝山矿段深部的铁铜矿体作为该矿危机矿山接替资源找矿勘查工作成果,对于延长该矿服务年限发挥了重要作用。详细论述了宝山矿段水文地质特征及工程地质特征,并对开采至标高-550 m中段时的矿坑涌水量及围岩稳定性进行了预测和评价。研究表明:(1)该矿水文地质单元属白家山小河流地下水系;(2)F11断层为宝山矿段的主要导水构造,位于泥盆系五通组顶部,与铜官山背斜走向一致,该断层为控制宝山矿体的主要断层,是未来采矿活动中最具威胁的导水构造;(3)依据宝山矿段水文地质条件,采用比拟法预测开采至-550 m中段时,矿坑正常涌水量约为13 307.46 m^3/d,最大涌水量为16 027.83 m^3/d;(4)宝山矿段岩石质量等级为III级,岩石质量中等。

曙光煤矿瞬变电磁超前探测物理模拟试验研究

基于曙光煤矿利用瞬变电磁超前探测物理模型,判断曙光煤矿工作面巷道探测时前方围岩体内部的含水体的分布情况。结果表明:巷道的迎头左前方和右前方的视电阻率值非常高,而迎头的正前方表现的视电阻率值相对较低;综合分析低电阻部分的中心位置基本可以较好的和设计的模型出现的异常体的实际位置相符合。

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.