大断面黄土隧道微台阶开挖工法施工稳定性研究

为解决软弱黄土隧道在开挖过程中发生的变形、渗水和坍塌问题,以天恒山隧道为工程背景,提出一种适用于富水软弱黄土地层浅埋大断面隧道微三台阶开挖工法。采用数值模拟与现场监测相结合的方法,验证微三台阶法对富水软弱黄土地层浅埋大断面隧道开挖时的适用性。研究结果表明:1)施工过程中采用微三台阶法开挖,围岩变形及支护受力得到较好的控制,隧道拱顶沉降和净空收敛值分别为34.6 mm和17.2 mm;围岩最大应力为102.5 kPa;初期支护封闭成环控制约11 m,三台阶七步约为18 m。2)通过监测数据与数值模拟结果对比分析,初期支护模拟数据略大于现场实测数据,但整体变化趋势基本一致,说明了软弱黄土地层中微三台阶工法控制围岩稳定性的有效性。

黄土地区深埋厅台分离地铁车站关键技术

深埋厅台分离地铁车站施工工序转换多,施工变形和受力体系复杂。为明晰复杂环境条件下深埋厅台分离地铁车站施工关键技术,以某地铁15#线航东区间为工程背景,阐述了新增的SZⅡ路站竖井横通道、暗挖主体隧道、明挖站厅、扶梯斜通道等重点工序,并采用三维数值分析手段,分析了不同施工步下站台层结构位移变化特征。结果表明深埋车站条件下,适合修建明暗挖结合的厅台分离车站,从而降低施工风险和工程造价;厅台分离车站施工工序多、转换复杂,不同结构接口位置是施工控制的关键;站厅层施工对站台层结构位移分布状态存在明显影响,扶梯斜通道对站台层存在局部影响。所得结论可为类似条件下加站提供借鉴与参考。

基于有限元强度折减法的浅埋黄土隧道极限位移研究

为了探究黄土隧道变形特性,基于有限元强度折减法,建立了隧道在不同埋深条件下的有限元模型,进行了隧道穿越青海东部地区黄土地层时的极限位移值研究.结果表明:在同一埋深条件下,随着折减系数的增大,隧道洞周的变形不断增大,当达到某一临界值时,位移出现突变;隧道埋深10 m,其安全系数为2.6,拱顶沉降极限位移值为10.3 mm,墙腰水平收敛极限值为14.2 mm;隧道埋深30 m,其安全系数为2.2,拱顶沉降极限位移值为26.0 mm,墙腰水平收敛极限值为46.4 mm;隧道埋深50 m,其安全系数为2.0,拱顶沉降极限位移值为36.8 mm,墙腰水平收敛极限值为52.7 mm.结论可为有类似工程地质条件隧道设计、施工、监测提供参考.

黄土地层深基坑开挖对既有盾构隧道影响

深基坑开挖对既有地铁隧道周围产生土体变形,可能导致隧道衬砌变形及管片开裂。如何准确地评价盾构隧道的变形,并在实际工程中采取措施尽可能地减少隧道的位移,是岩土工程工作者面临的一个挑战。依托黄土地层某基坑开挖工程,采用有限元软件FLAC3D建立深基坑近接既有地铁隧道三维数值模型,对基坑开挖引起的邻近隧道力学响应进行了研究,分析了深基坑施工时地铁隧道沉降的变化规律;通过改变近接水平间距,分析该因素对地铁隧道位移变形的影响。研究成果为实际工程设计提供了参考,给后续相似黄土地层基坑开挖工程施工对周边环境及地铁隧道提供了参考。

黄土地层大断面浅埋隧道开挖方法比选

某隧道为黄土地层大断面隧道,为选取合适的开挖方法,进行了隧道开挖方法比选研究,最终得出了较为合理的开挖方法。

典型黄土阶地三类场地的隐伏地裂缝识别探讨

西安地裂缝因过量开采地下水、产生不均匀沉降而发育。其中,三类场地属于隐伏地裂缝发育区域。通过地质调查、工程地质钻探等手段,对典型黄土地层三类场地隐伏地裂缝进行调查及识别,确定了地裂缝的位置和走向。结果表明该段地裂缝与西安地区已探明的F3地裂缝高度拟合,建议工程建设中合理选择避让距离。研究可为西安地区典型黄土三类场地地裂缝勘察提供借鉴。

黄土地层盾构隧道施工的掘进试验研究

黄土是一种典型的非饱和结构性土,其强度与土体结构特征密切相关。黄土地层中盾构法隧道施工开挖面稳定性受施工参数影响较大,控制不当容易造成开挖面土体松动或坍塌,严重影响隧道结构安全及周围环境。针对我国首次在黄土地层中修建的地铁盾构隧道西安地铁2号线,采用自主研制的土压平衡式模型盾构机开展室内掘进实验,研究黄土地层条件下盾构掘进对地层的扰动情况以及盾构施工关键参数的匹配问题。研究结果表明,黄土地层中盾构掘进引起的地层横断面沉降曲线与黏性土地层存在差异,曲线形式具体表现为下部呈深V型、上部区域呈缓和的盆状,并得到地层损失率K和地表沉降槽宽度系数i;地表位移时程曲线具有突变性,存在明显的三阶段特点;盾构顶推力的变化直接影响隔舱土压力的变化,掘进过程中隔舱土压力和出土率表现出一定的随机性,出土率有随顶推力的增大而呈减小的趋势,并与推进速度成反比。

黄土地层盾构隧道受力监测与荷载作用模式的反演分析

为探明黄土地层中地铁盾构隧道管片衬砌结构与周围土体的相互作用关系,以西安地铁2号线穿越老黄土地层盾构隧道为研究对象,对实际作用于管片衬砌结构的水压力、土压力及主体结构内力(轴力、弯矩)进行现场动态跟踪测试,分析施工过程中盾构机动态掘进及后期稳定后的土-水压力对管片结构受力的影响。结合利用管片内力的现场实测值,采用正交试验设计分析方法,定义优化分析函数,反演分析黄土地层中盾构隧道管片衬砌结构设计荷载的合理计算参数。通过对比分析表明,运用优化后的设计参数得出的计算内力值与实测值在量值与分布上均较为接近,证实了分析方法的可行性、合理性,其成果可供类似工程设计参考。

盾构施工对黄土地层的扰动及管片衬砌受荷特征

为探明黄土地层中地铁盾构隧道施工对地层的扰动以及管片衬砌结构承受荷载的特征,依托西安地铁2号线穿越黄土地层盾构隧道工程,采用颗粒离散元方法从细观层面对盾构施工引起的地层应力变化及开挖面失稳形态进行模拟分析,同时对实际作用在管片衬砌结构上的土压力和主体结构内力(轴力、弯矩)进行现场动态跟踪测试,分析盾构动态施工过程及后期稳定后的土压力对管片衬砌结构受力的影响。研究结果表明:临空面的产生导致隧道拱顶及两侧部分水平应力和垂直应力发生显著变化。管片衬砌结构内力受施工参数影响明显,尤其是千斤顶推力和注浆压力。

山岭公路隧道富水黄土地层注浆加固技术

为解决山岭公路隧道穿越富水黄土地层时出现的各种施工问题,依托吉河高速乔原隧道,采用二重管注浆加固技术对富水黄土地层进行处治,并利用现场观察、数值模拟手段对加固效果进行全面评价.研究结果表明:经注浆加固后,掌子面土体含有大量浆脉,其分布层理清晰,且掌子面围岩无"泌水"现象,土体稳定性较好,未发生掉块、塌方等病害;注浆后断面初期支护受力状况得到有效改善,隧道围岩塑性应变值得到有效控制.可见,二重管注浆加固技术在山岭公路隧道富水黄土地层处治中取得了良好的效果.

黄土的形成与气候旋回划分

根据黄土土壤特征的研究和黄土地层古土壤的识别和划分，结合磁化率测定，研究了黄土剖面冷干与温湿条件下发育的古土壤的分层和代表的气候旋回变化。资料表明，黄土具有土壤的结构和淀积成分，它是在相对冷干气候条件下发育的成熟的灰黄色古土壤，能够可靠地作为冷干气候的指示；２５０万年来的黄土地层至少可分为５１层灰黄色古土壤与５０层红褐色古土壤，代表了５１个生物、气候、土壤旋回和亚旋回的变化。在５０万年来的温湿气候阶段中，气候波动更频繁。

黄土地层中预应力锚索锚固力试验与分析

在现场试验的基础上,通过系统分析试验数据,得出预应力锚索锚固力在黄土地层特定地质条件下的基本分布规律,为科学确定其锚固段长度提供了试验依据;通过实测和修正参数,推导出2种简单实用的锚固力计算公式,并将其理论解与实测值进行了对比分析,进一步验证了预应力锚索剪应力非均匀分布的实际状况,并指出在锚固长度小于工程临界锚固长度时剪应力均匀分布理论能较准确地计算锚索锚固力,为深入开展锚索支护的理论分析与工程设计提供了参考,在理论和工程实践上都是一种有益的探索。

河套盆地托克托台地湖相层研究

野外观察表明托克托台地的湖相层与上覆的黄土之间存在风化剥蚀面。文章选择了一个剖面点系统地采集了孢粉样品,同时在湖相层底部、顶部和黄土层底部采集了3个光释光样品;另外在一个观察点的不整合于上新统之上的河流相中采取了一个OSL样品。通过对这些数据结果的分析,并综合已有的地层年代、孢粉数据和水文工程地质钻孔资料,试图取得对托克托台地湖相层形成年代、环境及台地演变过程的合理认识。结果表明:1)湖相层相当于邻区的萨拉乌苏组,形成于12～10万年以前的晚更新世早期;黄土相当于邻区的城川组,形成于8万年之后的晚更新世晚期;形成于3万年左右的湖相层是晚更新世晚期同期沉积黄土相变的结果。2)古气候变化明显,晚更新世早期(12～10万年)气候温和湿润,水量充沛,推测最高湖水位介于海拔1050～1080m之间,在河套盆地形成了一个大湖泊———“河套古湖”,与“萨拉乌苏湖”是分开的;晚更新世晚期(10万年以后)气候干冷,湖水后退,同时意味着黄河开始外流,3万年时期的湖水位为海拔1020m左右。3)上新统地层遭受风化剥蚀使地表处于准平原化,在这一时期和林格尔断裂和鄂尔多斯北缘断裂发生明显位错;约12万年以后,和林格尔断裂停止位错,沉积了晚更新世早期的湖相层,约10万之后湖水向盆地中心退却,并在8万年开始沉积黄土,湖水再也未扩展到台地之上,在这期间鄂尔多斯北缘断裂继续位错直至晚更新晚期大约3万年左右停止,台地最终形成。

结构性黄土深埋盾构隧道围岩力学特性研究

盾构施工会破坏黄土结构性,为探求黄土结构性变化对盾构隧道围岩力学特性的影响,引入应力比结构性参数对摩尔-库伦强度准则和芬纳公式进行修正,通过建立黄土围岩和管片之间力和位移的连续条件,对围岩塑性区半径进行了求解,并对解析解进行了对比验证,最后分析了关键参数对围岩力学性态的影响。结果表明:(1)太沙基土压力公式计算结果介于解析解上限值与下限值之间;(2)随着应力比结构性参数的增大,对应的塑性区半径和围岩压力值在不断减小;(3)随着覆跨比的增加,塑性区半径不断减小,围岩压力值不断增大,当黄土结构性比较强时,隧道覆土厚度达到一定值之后围岩压力解析公式才适用;(4)围岩压力和塑性区半径与开挖半径近似呈线性正相关关系。

河南黄土研究进展

黄土是记录新生代晚期以来全球自然环境和气候变化的最好载体。河南黄土位于黄土高原与华北平原过渡带,是中华民族和华夏文明的重要发祥地,其特殊的地理位置详实地记录了区域古气候短周期的演替旋回。首先,结合我国西北地区的黄土研究,对河南黄土发育的研究现状和问题进行剖析;然后,阐述了河南地区黄土分布及其地貌类型、黄土地层的划分、全新世黄土的研究以及黄土与考古文化研究两者之间的关系4个热点研究领域的研究进展;最后,对河南地区黄土研究过程中所存在的问题作了归纳与总结。

黄土高原河谷阶地黄土地层结构模式

流经黄土高原的黄河度其支流因爱地壳不断间歇性隆升的影响而形成了5-6级阶地，这些阶地多系黄土覆盖阶地。以六盘山为界，河谷阶地黄土地层结构可分为东、西阶地地层区。六盘山以西河流阶地一般为6级。第6级阶地（T6）冲积黄土状土之上全系无层理黄土，厚310～505m，含21-23层古土壤，是迄今世界上最厚的黄土剖面，黄土开始堆积的时间不早于1．43MaBP。T3上的黄土厚200～400m，含14-16层古土壤，黄土最早是在1，23MaBP开始堆积的。T4上的黄土厚100～200m，含56层古土壤，开始沉积时间为0．62MaBP。T3上的黄土包括L1和S1，厚40～65m，形成于0．12MaBP。T2冲积黄土状土之上的风积黄土厚20～35m，形成时间约为0．03MaBP。T1冲积黄土状土之上为S0、L0度MS，厚1．5～2．5m，形成时间不早于0．01MaBP。六盘山以东的河谷阶地一般为5级。T5风积黄土厚70～90m，含11—16层古土壤，黄土开始堆积时间不早于1．23MaBP。T4黄土厚40～70m，含8-9层古土壤，形成时间不晚于0．80MaBP。T3的黄土包括L1-S6之间的土层，厚25～45m，形成于0．62MaBP。T2的黄土由L1和S1构成，厚10～17m，形成于0．12MaBP。T1冲积黄土状土之上为S0、L0反Ms，厚1．5～2．5m，形成时间不早于0．01MaBP。

湖北秭归沙镇溪剖面的巫山黄土地层结构与特征

长江流域是中国粉尘堆积黄土的南界。分布于长江三峡河谷的巫山黄土是长江流域的代表性黄土,具有重要的科学意义。巫山黄土由于受峡谷地形影响及堆积之后边坡地质作用改造,在空间上零星分布于不同地貌位置,其厚度和完整程度常依其地形的不同而差异较大。已有研究也大多拘于对巫山县城一带的某一剖面的某一具体问题的讨论,尚缺乏对巫山黄土地层的总体认识。巫山黄土完整地层结构和黄土-古土壤序列特征,已成为制约其深入研究的基础地质问题。本文根据最近发现秭归沙镇溪黄土剖面,基于其代表性和完整性特点,首次对巫山黄土进行了地层划分,并与北方黄土进行了对比。研究认为,巫山黄土共有4层黄土、2层弱发育古土壤(钙质结核)和1层古土壤组成,大致相当于黄土高原的马兰黄土及离石黄土的顶部(L1-L2),4层黄土分别相对应于渭南黄土剖面的L1-1、L1-3、L1-5和L2,2层钙质结核分别相对于L1-2和L1-4,古土壤层即为S1。相比于北方黄土地层巫山黄土的黄土层颜色更加偏深、稍红,古土壤层S1裂隙面上见有明显的铁锰质薄膜,成壤作用较北方黄土更强。这可能是由于巫山黄土的地理分布更加靠近夏季风控制区,气候环境有所不同。

黄土中古土壤研究的新进展

本文介绍了作者近年来在古土壤研究方面取得的新进展，主要内容包括以下几方面：黄土是冷干气候条件下发育的黄色古土壤，微弱的成壤作用和连续的风尘堆积更使其土壤剖面不清楚，黄土所属土壤主要是灰钙土型、棕钙土型等新成土（ｅｎｔｉｓｏｌ）；其中红色古土壤的粘粒土胶膜是生物作用形成的，主要是植物根系在腐解过程中产生的，其主要粘土矿物为蒙脱石；黄土地层中粘土胶膜不能显示Ｆｅ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３发生什么移动，不指示森林植被下淋溶性土壤的发育；黄土地层是在沉积、成壤、成岩三种作用同时同地发生的条件下形成的。

黄土地层浅埋暗挖隧道松散围岩压力计算

为研究黄土地层浅埋暗挖隧道松散围岩压力特征,根据既有隧道施工现场裂缝扩展情况,假定隧道开挖后的土体存在破裂区,取一半破裂区土体进行静力极限平衡分析,考虑静止土压力、侧向土压力、隧道尺寸和土层参数对半结构的影响,推导出适用于黄土地层浅埋暗挖隧道的围岩压力解析式,确定该公式下的隧道深浅埋划分界限,并结合工程实例分析隧道埋深、静止土压力系数和侧压力系数对围岩压力的影响。研究结果表明:随隧道埋深增大,围岩压力存在峰值,围岩压力曲线呈先增大后减小的趋势;围岩压力随静止土压力系数和侧压力系数的增大而减小,但静止土压力系数对围岩压力的影响较大;将新方法得到的围岩压力值分别与现场实测值和既有理论围岩压力值进行对比,计算的垂直、侧向围岩压力值均大于实测值,且新方法的计算误差相对较小。

河南省黄河流域黄土的发育特征及其古气候环境分析

为防治黄土土壤侵蚀和治理黄河 ,本文根据磁性地层学、年代地层学 (热释光法 ) ,并结合岩石地层学 ,生物地层学和气候地层学等方法 ,对河南省黄河流域广泛分布的陆沉积黄土进行分析。将区内黄土划分为上更新统黄土 (Qeol3 )、中更新统黄土 (Qeol2 )、下更新统黄土 (Qeol1)。研究结果表明 ,不同时期的黄土 ,其岩性、结构、古地磁特性以及古土壤层数等有明显的差异。此外 ,不同时期黄土所含的植物孢粉组合特征亦不相同 ,从而反映了更新世冷暖交替的古气候环境特征。