柱状节理岩体隧洞松弛深度的变异特性与确定方法

柱状节理玄武岩是火山岩区所特有的地质现象,其地质成因独特,工程特性、开挖响应特征明显不同于一般常见岩体。针对节理岩体中不同钻孔属性条件下松弛深度测试结果存在变异性的问题,提出单孔声波测试与数字钻孔摄像综合的原位测试手段和松弛深度评价方法,获得了柱状节理条件下不同角度及不同孔径的岩体卸荷松弛特性。研究结果表明,在节理岩体中进行围岩的松弛深度测试时,不同孔径钻孔测试的松弛深度未有显著影响,但在不同钻孔角度条件下测试时,钻孔偏差角度、钻孔轴线与节理方位的夹角均对测试结果有较大影响,围岩松弛深度随节理方位与测孔轴线角度增大而增大。基于现场测试的结果与柱状节理的各向异性特征,进一步探讨了不同钻孔条件下松弛深度变异的机制。该研究结果对柱状节理围岩松弛测试评价、稳定性分析以及支护方案优化有显著价值。

高地应力条件下锦屏一级主厂房围岩松弛深度形成规律和支护时机研究

近年来我国西部已建成发电或正在建设的一批大型、特大型水电工程，其地下洞室群多处于高山峡谷地区，地质条件复杂、地应力较高。受高地应力影响，施工期洞室群围岩易出现不同程度的变形破坏，并常常导致超常规深度的围岩松弛。本文结合锦屏一级水电站主厂房围岩松弛长期物探检测成果，系统分析了围岩松弛深度的形成、发展和演化趋势，再采用数值分析手段，通过围岩位移、塑性区发展趋势来研究最佳支护时机，研究表明：高地应力地区厂房轴线宜尽量与最大主应力σ1方向平行，能有效减小时效变形导致的不同部位不同程度的围岩松弛；洞室分层开挖时，围岩松弛深度的80%在本层开挖后间隔2～3层时形成；相比开挖后滞后支护，及时支护围岩位移量、塑性区明显较小，因此及时支护为最佳支护时机。研究成果对高地应力条件下大型地下洞室轴线选择、支护设计、支护时机选择具有参考意义。

基于质点振动速度和松弛深度的建基岩体爆破损伤评价

在水利水电工程建基面开挖过程中,传统的爆破质量是以超欠挖、平整度、残孔率等表观参数进行评价,难以衡量建基岩体内部的爆破损伤情况。采用爆破振动监测和松弛深度检测相结合的方式,实时反馈检测结果,并不断调整爆破参数,形成持续优化的良性循环,使得爆破对岩体的损伤降到最低,可保证建基岩体开挖质量。

陡倾柱状节理岩体洞室松弛特征与破坏机制

白鹤滩水电站柱状节理岩体具有特殊的柱体结构特征,洞室开挖后卸荷松弛破坏严重。通过对白鹤滩水电站4#导流洞柱状节理岩体现场破坏调查、位移和松弛深度监测,发现柱状节理洞室呈现典型的非对称破坏特征,不同部位松弛深度差异较大,左右侧边墙破坏模式受倾角影响,分别呈现倾倒破坏和滑移破坏。离散元数值模拟结果显示洞室表层围岩主要以柱间节理张拉破坏为主,内部围岩以剪切破坏为主,左右侧边墙不同的变形破坏特征是柱体倾角和地应力综合作用的结果。最后分析了不同柱体倾角对洞室变形破坏特征的影响,不同倾角下洞室各部位松弛深度差异显著,应根据洞室不同部位塑性区深度和柱体角度进行预应力锚杆设计。

基于位移和松弛深度的岩体参数概率反分析方法

鉴于目前工程中含多目标变量多参数输出的概率反分析方法匮乏,在改进多输出支持向量机算法(MSVM)的基础上,建立基于贝叶斯理论(Bayes)的概率反分析方法(B-MSVM方法)。该方法通过改进支持向量机算法形成多个岩体参数与多目标变量之间的映射关系,以分步开挖引起的典型测点的松弛深度和表层变形监测信息为输入,以边坡岩体多个力学参数为待反分析输出,通过选择合适的核函数在改进的支持向量机算法中运算,获得多次开挖条件下待反分析参数的取值及其不确定性动态表征。应用该方法对白鹤滩水电站坝基边坡的力学参数进行反分析,得到10个非相关参数的取值及其不确定性分布,用反分析的参数值计算相应开挖步下边坡典型测点的位移和松弛深度,并与实测值进行对比,结果表明该方法的正确性,并初步讨论本方法在相关参数反分析计算中的应用思路。研究成果为岩土工程参数概率反分析方法的建立提供了思路,具有重要的理论意义和工程实用价值。

不同施工方法下锦屏大理岩隧洞松弛范围及微观破裂方式

TBM（Tunnel Boring Machine全断面隧道掘进机）法和钻爆法是地下工程开挖的2种主要方法,不同施工方法导致围岩的扰动程度、变形破坏、自稳性、加固措施均不相同,要准确把握这些宏观特征,必须从微观上分析岩石的力学特征。以最大埋深2 525 m的锦屏二级水电站引水隧洞为研究对象,对不同开挖条件下的大理岩进行了电镜扫描测试、松弛深度检测,分析不同开挖条件下岩石的破坏方式和松弛范围。试验结果表明：在岩石破坏断面形貌上,TBM开挖条件下的岩石断口多为沿晶面擦花和切晶擦花,破坏机理以剪切为主,而钻爆法以拉断破坏为主;在松弛深度方面,钻爆法开挖下的围岩松弛深度大于TBM开挖下的围岩松弛深度40~100 cm。以上试验成果为相似地质条件下的岩石破坏机理和加固措施提供借鉴。

高边坡坝基柱状节理玄武岩开挖卸荷时效松弛特性

柱状节理玄武岩在开挖卸荷条件下容易松弛与开裂,是白鹤滩水电站坝基稳定的主要挑战。以白鹤滩水电站左岸坝基柱状节理玄武岩试验区为工程背景,采用单孔声波、钻孔摄像等原位测试技术,研究了分梯段开挖及时间效应条件下Ⅲ_1类和Ⅲ_2类柱状节理玄武岩松弛深度、松弛程度的时空演化规律,探讨了坝基柱状节理岩体松弛特征的原因。分析结果表明:柱状节理玄武岩的松弛深度主要由开挖引起,临近开挖面岩体的松弛程度随时间呈负指数增长,其时效期不超过半年。柱状节理岩体松弛特征与岩体质量关系密切,两类岩体的松弛深度、松弛程度的时效性及松弛程度随孔深的分布规律差异较大。坝基柱状节理岩体时效松弛是由内部节理张开导致的岩体强度参数的时效劣化引起。该研究对认识柱状节理岩体卸荷力学行为及优化坝基柱状节理岩体开挖保护方案具有重要意义。

乌东德水电站拱坝坝基岩体松弛特征研究

高拱坝巨大荷载直接面对的是坝基表层卸荷松弛岩体,研究坝基卸荷后松弛岩体的特征,合理评价其影响并提出处理建议是拱坝建设中的关键。基于乌东德坝基工程地质条件,在详细调查建基面的基础上,综合利用高清电视、单孔声波测试等方法,深入研究乌东德水电站坝基岩体开挖后岩体卸荷变形特征、卸荷松弛深度、卸荷松弛程度及卸荷松弛时间效应等特征。基于坝基岩体的卸荷松弛特征及卸荷作用的时间、空间分布规律,认为乌东德坝基岩体卸荷松弛主要为开挖卸载后低地应力条件下的回弹所致,主要表现为沿已有结构面的张开,松弛深度及松弛度在一定时间后趋于稳定,不影响边坡整体稳定性,且表层卸荷松弛岩体具有较好的可灌性和灌浆效果,不需二次清挖即可满足大坝建基岩体质量要求。

爆破开挖过程中厂房围岩松动圈测试与分析

地下洞室在爆破开挖过程中由于围岩卸荷,形成一个沿开挖边界环状分布的松动圈。基于声波测试法,对某地下厂房一典型断面进行松动圈的测试。通过统计和观察岩体声波速度的量值变化和分布规律,讨论了单孔与跨孔声波测试的优缺点。结果表明,跨孔声波测试法受微小裂隙的影响小,能较单孔法更好地反映局部岩体波速。分析了爆破开挖参数对测试区围岩松弛深度的影响,通过调整优化爆破参数,使围岩松弛深度基本小于0.6 m,为岩体的稳定性分析、爆破参数优化及安全加固提供了参考依据。

大洞径隧洞钻爆法开挖松动圈超声波长观孔检测应用实例

隧洞围岩松动圈是分析隧道稳定性、进行支护结构设计的一个重要因素。通过对水电施工阶段特长、特大引水隧洞开挖后,采用超声波测试技术对隧道的围岩松动圈长期观测孔的检测应用典型实例,分析松动圈的深度范围及随时间的变化机理,为设计人员对施工设计方案的优化及后期施工方案的制定,提供依据和指导。

基于声波检测的坝基保护层作用效果评价

保护层作为基岩保护的重要措施已在白鹤滩水电站坝基边坡开挖过程中得到成功应用。以白鹤滩水电站左岸坝基660~650 m梯段(2 m保护层)和650~630 m梯段(5 m保护层)为研究对象,结合边坡梯段保护层爆破开挖实际情况,对保护层开挖前、后的岩体松弛深度进行声波孔检测,并对比相关检测成果。结果表明,保护层具有防止岩体松弛的作用,且5 m保护层的防松弛效果比2 m保护层更佳。

深埋隧洞施工期围岩变形与应力分析及稳定性评价

通过现场原位多种监测仪器的预埋对大直径TBM法和钻爆法开挖的洞段进行监测,综合分析围岩变形及应力监测成果,深入剖析深埋脆性大理岩在开挖过程中围岩变形及应力调整的特征,把握TBM法和钻爆法两种不同施工方法在不同围岩类别条件下引起的围岩松弛深度及围岩破坏特性,对进一步了解深埋脆性大理岩的物理特性和洞室开挖围岩响应规律具有重要意义。

白鹤滩水电站泄洪洞围岩波速及可灌性研究

岩体声波测试是评价岩体质量等级的重要指标,以白鹤滩水电站泄洪洞围岩声波成果为基础,研究不同类型岩体波速和开挖后的松弛情况,定量给出了不同地质构造岩体的松弛度和松弛深度。在此基础上,分析了围岩类别分布情况,并结合固结灌浆成果,对不同类型岩体的可灌性进行了评价,给出了波速与透水率的关系。研究成果可为类似工程提供借鉴。

应用声波法测试坝基开挖对岩体特性的影响

通过声波法在拉西瓦水电站坝基开挖测试的应用实例说明,采取合理的工作布置和资料解释方法,使用声波法,能够掌握开挖对工程岩体影响情况,为设计与施工提供必要的依据。

白鹤滩水电站导流洞柱状节理玄武岩变形特性分析

在白鹤滩导流洞柱状节理玄武岩已开挖施工的洞段,出现多处局部岩体松弛破裂和垮塌现象。经深入研究玄武岩柱状节理变形特性,根据对开挖、支护阶段围岩变形、锚杆应力、松弛深度检测的成果,对比分析开挖阶段围岩变形差异,提出了支护方式与时机选择,为导流洞的开挖与支护提供了技术支撑。

基于ARM+FPGA方案的便携式智能勘灾设备的设计

针对传统勘灾设备数据处理耗时时间长,图像信息采集模糊,设备体积较大的问题,该文设计出一种便携式智能勘灾设备。该智能勘灾设备将电子半导体微型处理器(ARM)和现场可编程门阵列(FPGA)相结合,能够完成灾区环境图形信息的采集。采用CMOS图像传感器完成灾区图像信息采集,利用深度非松弛哈希算法加快数据处理速度,利用求导公式更容易找出数据的规律,通过ARM和FPGA结合的方式完成整个设备的调控。对比验证分析三种不同勘灾设备的数据,该文设计的设备图像采集时间最短能达到0.2 s,图像质量更是达到3624像素,数据处理总耗时也只有73 ms,均验证了该文设备性能的优越性及设计方案的可行性。

声波测试在某引水隧洞围岩松弛测试中的应用

引水隧道开挖后,地应力重新分布,在洞室围岩周围形成一定深度的松动区。松动区深度的确定,对评价围岩稳定性和指导洞室支护设计具有重要意义。该文利用围岩超声波测试成果,准确确定引水隧道围岩松动区的深度范围,为选择合理的围岩支护参数提供了可靠的依据。