节理化炭质页岩地层隧道围岩大变形及控制技术研究

某高速铁路XHS隧道穿越节理化炭质页岩地层,在施工过程中围岩大变形、失稳坍塌现象显著,现场采用强支护和仰拱加深等措施后围岩变形控制效果不佳。针对XHS隧道节理化炭质页岩地层地质条件,结合现场监测手段、离散-连续耦合数值模拟分析围岩大变形及破坏特征,基于数值模拟提出以采取地层预加固为主的围岩变形控制措施,并通过现场试验探讨该控制措施的应用效果。研究结果表明:隧道开挖后,围岩变形具有变形量大、变形速率快的特点,围岩拱部沉降量大于水平收敛量且变形具有非对称的分布特征;受三台阶法多次开挖扰动影响,围岩卸荷范围动态发育并不断向全环扩展,松动区逐渐由浅部围岩向深部转移,并呈现出非对称的破坏特征,最终引发围岩大变形;采取地层预加固后,模型中围岩变形和松动区范围明显减小,围岩非对称变形破坏也得到了有效控制;在采用地层预加固、管棚超前支护、三台阶临时仰拱法开挖的控制措施后,围岩变形得到控制,施工效果良好,隧道恢复正常施工,保证了隧道的顺利贯通;以地层预加固为主的控制措施是此类节理化炭质页岩地层围岩变形控制的有效手段。

煤系节理化岩层全断面挤压破岩模拟研究

为了明确煤系节理化岩层中全断面挤压破岩掘进机适应性问题,依托某矿现场工程地质条件建立节理化岩层颗粒流模型,研究分析节理化地质特征对挤压破岩的影响,以及不同挤压接触角度下破岩行为与特征,指出细观力链构成的关键承载结构,是不同节理角度岩体宏观力学行为的关键主控因素。发现滚刀法向推力曲线具有显著的单峰特征,岩体内部拉破坏产生的胶结破坏数目远大于剪破坏产生的胶结破坏数目;平行节理与垂直节理的挤压破岩模式主要为纵深方向裂隙发育,与节理面呈一定角度时破岩模式主要为沿节理面沿伸发育;综合来看,平行节理方向掘进时,能够充分利用节理面弱胶结力学特性,使岩体快速劈裂破碎;与节理面呈一定角度时,特别是达到结构面破坏准则线时,挤压破岩裂隙发育形态不利于岩体破碎掉落,导致破岩效率降低、刀盘出现振荡;最后提出全断面挤压掘进机应当尽量沿岩层起伏而起伏,避免与岩层节理具有一定角度地前进。

雷家山隧道节理化岩体钻爆施工超欠挖控制研究

G5515张(家界)南(充)高速公路桑植至龙山段雷家山隧道穿越节理化岩体,极易产生超欠挖现象。为有效控制节理化岩体隧道钻爆施工中的超欠挖,首先分析超欠挖影响因素,明确相应控制标准;在此基础上提出超欠挖控制技术和三台阶钻爆设计方案,并基于图像拼接技术和全景展开图技术进行围岩判别;最后将钻爆方案应用至现场,结合3DZI(3D Reality and Deep Zoom Image)技术评价应用效果。研究结果表明:雷家山隧道Y3K26+120.3~Y3K26+124.1里程段平均超挖值为0.150m,符合相关规范要求,现场爆破效果较好。提出的超欠挖控制技术可为节理化岩体隧道钻爆开挖提供参考。

三山岛金矿深部高应力节理化巷道围岩控制技术研究

随着浅部矿产资源日益枯竭,深部开采已成为采矿行业的重要组成部分。深部开采重要的特征之一就是在“三高一扰动”下,矿山工程地质条件急剧恶化,围岩呈现显著的节理化,给深部巷道围岩控制带来巨大的困难。以三山岛金矿-900 m以下典型节理化巷道为工程背景,通过工程地质调查、文献调查、室内岩石力学试验获取基本数据,应用Dips软件进行优势结构面分组,应用Unwedge软件进行楔形体及其稳定性分析。采用RMR、Q和GSI岩体质量分级方法进行岩体质量分级并估算岩体力学参数,详细阐释锚杆加固不连续面的机理,估算巷道支护所需支护压力,并基于Q和RMR支护图表完成支护方案设计,应用RS2验证设计支护方案的有效性。在-960 m水平进行工业试验,结果表明,设计支护方案能够有效控制深部高应力节理化巷道围岩的变形破坏,为深部矿山安全高效开采提供依据。

E.Hoek法在节理化岩体力学参数评价中的应用——以长江三峡库区白衣庵滑坡为例

节理化岩体力学参数是岩体工程稳定性评价的难点与关键,而E.Hoek法正是针对节理化岩体破坏特点而提出的一种用于解决这一问题的岩体力学参数评价法。系统地介绍了E.Hoek岩体力学参数评价法的原理,讨论了其操作的关键问题,并以长江三峡白衣庵滑坡节理化岩体为例,详细阐述了E.Hoek法在岩体参数评价中的应用。实例表明,该方法可较准确反映节理化岩体的力学特性,且简单、易行,值得在同类工程中推荐。

节理化岩体开采沉陷的损伤统计研究

构造了一台无初始节理和一套有初始节理的岩体采动沉陷相似材料模型，进行模拟开挖实验，系统研究初始节理对岩体采动沉陷的影响规律，然后运用损伤力学理论研究节理在岩体采动沉陷中的作用，建立了地表移动特征值与岩体损伤变量的经验关系．

节理化岩体复合式滑移破坏的模型试验研究

针对节理化岩体的自身特点,提出沿岩体层面产生的应力集中以及层面与节理之间的残余完整岩桥破坏,将可能导致岩体产生复合式滑移破坏。在室内利用岩石三轴刚性伺服机,通过模型试验对岩体的层面和一组与层面正交的节理的情况进行模拟研究,分析了结构面性状和围压对复合式滑移破坏的影响,给出了在贯通性结构面(层面)倾角、非贯通性结构面的以及围压等因素共同作用下,节理化岩体发生复合式滑移破坏的条件以及破坏面特征。最后在与前人的试验资料进行对比分析的基础上得到可靠的结论,期望为在将来的实践工作中正确评估节理化岩体的破坏模式提供指导性意见。

节理化岩石边坡的稳定性分析

合理详细的地质调查和稳定性分析对公路高边坡的加固设计与施工具有重要的意义。依据地质调查数据,运用常用的边坡岩体结构分析法和赤平投影方法,对广东某省道公路一处曾发生滑坡、崩塌破坏的节理化岩石边坡的稳定性进行了分析。分析确定:该段边坡存在继续崩塌破坏或平面破坏的可能,原开挖支护设计难以维持边坡的稳定,进而提出了系统加固方案。

GSI在节理化岩体力学参数评价中的应用-以金川二矿区水平矿柱为例

节理化岩体力学参数是岩体工程稳定性评价和进行数值计算的难点与关键,而岩体强度指标(GSI)正是针对节理化岩体提出的一种用于解决这一问题的岩体分类体系。系统介绍了GSI岩体分类体系和GSI值的确定方法,并结合E.Hoek法确定岩体力学参数的原理和关键技术,对金川二矿水平矿柱的岩体力学参数进行了评价。评价表明,该方法可较准确反映节理化岩体的力学特性,且简单、易行,值得在同类工程中推荐。

高应力-节理化复合软岩巷道地质特征及支护技术

为解决鹤壁矿区深部煤矿开采过程中软岩巷道围岩大变形、难支护的问题,通过工程地质条件调查、室内试验等手段,分析鹤壁矿区软岩巷道的工程地质特点,得到软岩围岩的变形破坏力学机制。结合关键部位耦合支护理论和数值模拟技术,对软岩巷道采用锚网喷和锚索为主的支护方式,并现场监测评估支护效果。研究表明:鹤壁矿区巷道围岩属于高应力-节理化复合型软岩;变形破坏的ⅠABⅡBDⅢD型复合变形力学机制由节理、分子吸水膨胀、胶体膨胀、自重应力以及工程开挖等共同构成;采用的支护方式可使支护体应力分布平均,应力集中区范围和岩体变形均较小;经现场监测表明:在该支护条件下开挖15天后巷道围岩变形趋于稳定,30天后变形速率为0,累计变形量不超过40mm,保证软岩巷道工程的稳定性。

基于FLAC节理化模型的层状岩体边坡数值分析

采用节理化本构模型描述层状岩体的各向异性特征,对鞍千矿许东沟采场上盘顺层岩体边坡建立了FLAC计算简化模型,数值模拟分11步进行开挖,分析计算在开挖过程中岩体内部应力与位移的变化规律,确定边坡岩体塑性区的分布情况。模拟结果表明层状岩体边坡的稳定性在岩体强度和结构面强度共同控制下,由于大量顺层层理的存在,降低了岩体边坡的稳定性,增大了沿层理形成滑坡的可能性。

输电线路节理化岩体注浆锚杆基础抗拔力数值模拟研究

采用正交数值模拟方法研究了岩体及注浆体相关因素对节理化岩体注浆锚杆基础抗拔力的影响.数值模型中考虑了岩石弹性模量、浆体弹性模量、节理迹长、节理倾角、锚杆埋深5个因素的变化,选择5因素4水平的正交试验方法进行了数值模拟.结果表明,锚杆埋深对注浆锚杆基础抗拔力的影响最大,其次为浆体弹性模量、岩石弹性模量、节理迹长、节理倾角,浆体弹性模量和强度对锚杆基础抗拔力的影响虽然大于岩石弹性模量的影响,但是提高浆体强度和弹性模量对节理化岩体注浆锚杆基础抗拔力的提升效果有限.

节理化块体边坡失稳机理数值分析

针对三峡库区移民新址的工程地质问题，用改进的岩土工程软件系统FINAL，研究了节理化块体岩坡的失稳机理，指出除了节理的C，值控制岩块的滑移、倾覆变形，倾倒等破坏形式外，岩块的模量E也对倾覆变形破坏起重要作用，从而不仅说明了保护坡脚，防止岩块浸水软化的必要性，也说明了应用传统离散元法分析这类问题的局限性。

节理化岩体边坡的地下水动力学稳定性分析

节理化岩体边坡的岩土体结构破碎,结构面复杂,岩土体宜被视为透水介质,地下水的力学作用应考虑地下水的浮力和地下水渗流引起的动水压力。文中首先研究边坡自然排水条件下的地下水浸润线的计算模型,并通过改进Sarma方法阐述透水介质边坡稳定性的计算过程。研究结果表明,改进的Sarma方法,能够很好地表现地下水的动态变化、地震作用等对边坡稳定性的影响,适合用于节理化岩体边坡的地下水力学作用分析和稳定性评价。

节理化工程岩体成型爆破技术研究

通过对光面爆破技术在节理化岩体中实施爆破方案的不足之处的分析,引入了双向聚能拉伸爆破技术,并简要分析和介绍了该技术的基本技术原理和优点以及两种爆破设计方案,同时对该技术在两个大型洞室工程中的高岩台应用情况进行了分析和介绍,最后就该技术的今后的研究方向提出了一些设想。

输电线路节理化岩体注浆锚杆基础抗拔力模型试验研究

针对输电线路注浆锚杆基础特点,根据相似理论设计了节理化岩体注浆锚杆基础抗拔模型试验,模型设计中考虑了岩石弹性模量、浆体弹性模量、节理迹长、节理倾角、锚杆埋深5个因素的变化,选择5因素4水平的正交试验方法进行了模型试验研究。结果表明,岩石弹性模量对注浆锚杆基础抗拔力的影响最大,其次为锚杆埋深、节理倾角、浆体弹性模量、节理迹长。试验过程中以剪切破坏和开裂破坏为主,并以此分析了注浆锚杆的传力机制,得出浆体与锚杆和岩体之间的黏结强度是控制试验结果的主要因素,影响着锚杆的极限抗拔力和破坏状态,在施工过程中应注意质量控制。

大体积节理化岩体强度与力学参数

节理化岩体强度与力学参数可根据Hoek-Brown准则进行估计。然而,推广之后的Hoek-Brown准则确定地质强度指标GSI时对岩体结构的划分缺乏定量的描述。当评价大体积节理化岩体的地质强度指标GSI时,为使大体积节理化岩体结构的描述定量化,引入Jv(节理数/m3)。通过算例,说明了应用这一方法的具体过程,这为大体积节理化岩体强度与力学参数的估计提供了新的简便、经济、实用的方法。

深井节理化围岩巷道破坏机理及控制技术

针对平顶山矿区深井巷道稳定性控制问题,以典型节理化围岩巷道为研究对象,采用离散元数值模拟方法研究了巷道围岩的变形破坏过程,分析了其破坏机理,提出了巷道围岩控制技术。研究表明:巷道首先在拱顶、底板中央区及两侧边墙受张拉破坏,拱肩及两侧底角受剪破坏,破坏区范围逐渐向深部扩展直至失稳。现场实测数据表明:在方案实施2个月后,锚杆、锚索受力在较高值趋于恒定,充分发挥了支护作用;水平收敛、拱顶下沉和底臌趋于稳定,大规模松软巷道围岩稳定性得到有效控制。

金属矿山节理化岩体巷道锚杆支护加固机理模拟研究

论文通过数值模拟手段分析研究锚杆支护对金属矿山节理化岩体巷道的加固机理,研究了锚杆支护前后岩体结构应力场和位移场的变化规律,从而判断锚杆的加固效果。模拟结果表明:锚杆加固支护极大增强了节理巷道围岩自身的承载能力,改善了巷道围岩的受力情况,限制了巷道岩体围岩的变形量,为锚杆支护在节理岩体中的应用提供了理论支持。

露天矿层状岩体边坡FLAC节理化本构模型应用研究

层状结构岩体边坡的破坏模式主要为平面型滑移和倾倒破坏,是变形与强度各向异性的表现。文章应用节理化本构模型对露天矿顺层岩体结构边坡进行了FLAC数值模拟研究,结果表明,边坡体沿层塑性滑移带倾角与层面倾角基本一致,FLAC节理化本构模型可以为层状岩体的模拟提供一种有效的手段。