昔格达地层隧道变形特性曲线及变形机理研究

昔格达地层隧道围岩开挖后易风化,遇水即泥化等性质严重影响成昆线复线的快速安全施工,因此展开对昔格达地层隧道围岩变形特性曲线及其变形机理等研究具有一定的现实意义。文中通过现场调查,物理力学试验,现场监测,数值模拟和理论研究等手段对昔格达地层隧道变形特性进行深入研究。研究结果表明:昔格达地层隧道主要发生拱顶大变形、水平收敛大和仰拱突泥隆起等,围岩呈现中厚层状、互层状和薄层状等水平层理发育;含水率对昔格达地层隧道围岩的力学性质影响很大;黄色砂岩夹页岩围岩试样压缩模量最小;含水率对灰色页岩夹砂岩围岩试样的黏聚力影响最大,对浅灰色页岩夹砂岩围岩的内摩擦角影响最大;拟合现场监测和数值模拟下的变形特性曲线,得到昔格达地层隧道开挖围岩变形全过程曲线:开挖初期缓慢变形,开挖中期急剧变形,开挖中后期变形减缓和开挖末期变形稳定;同时推导出在弹性、塑性和松动区状态下的昔格达地层围岩变形公式,得到弹塑性昔格达地层围岩变形特性曲线以及四个阶段昔格达地层隧道各部位变形松动区轮廓。最后从力学变形本构模型、物理和化学等角度对昔格达地层隧道围岩变形的力学机理进行分析。

考虑含水率的昔格达地层隧道围岩稳定及亚级分级研究

昔格达地层隧道围岩对水极为敏感,遇水泥化等现象,造成围岩变形过大,支护结构开裂崩解和掌子面掉块塌方等地质灾害。该文通过现场采集、室内试验、数值模拟、现场监测和理论分析等手段,在考虑含水率的基础上对昔格达地层隧道开挖围岩稳定及围岩亚分级进行深入研究。研究结果表明:含水率对昔格达地层灰色页岩夹砂岩的黏聚力影响最大,对浅灰色页岩夹砂岩的内摩擦角影响最大。当含水率达到25%时,隧道开挖产生的拱顶累计变形、仰拱累计变形、水平收敛累计变形及掌子面累计变形值及掌子面挤出变形值均有较大的突变;隧道仰拱隆起累计变形最大值>掌子面挤出累计变形最大值>拱顶沉降累计变形最大值>隧道水平收敛累计变形最大值。对岩性进行机理分析发现昔格达地层隧道围岩的亚分级物理力学特性基本上处于Ⅳ3、Ⅴ1和Ⅴ2围岩。除了2号土浅灰色砂岩夹页岩处于Ⅳ3外,其他土样都是属于Ⅴ级范畴。同时得到含水率修正后的昔格达地层隧道围岩亚分级的围岩特征、含水率范围和BQ值范围,并提出亚分级后对应的工程措施。研究所采用的方法和结果可为昔格达地层隧道安全快速施工提供指导。

昔格达地层隧道围岩灾变特征及致灾因子研究

研究目的:西南地区面积分布较为广阔的昔格达地层,因其遇水易泥化等特点严重影响着成昆铁路沿线隧道工程的建设,因此对其展开研究具有一定的现实与工程意义。本文对昔格达地层隧道围岩破坏形态进行现场调研,通过现场采样、室内试验、数值模拟、现场监测和理论分析等手段对昔格达地层隧道围岩灾变特征与致灾因子进行深入研究。研究结论:(1)隧道穿越昔格达地层出现灾变数量多,尤其出现拱顶沉降、水平收敛过大、仰拱隆起基底突泥和掌子面塌方等典型灾变模式;(2)昔格达地层隧道围岩含水率在0%~25%范围内时,拱顶沉降、水平收敛、仰拱隆起和掌子面挤出变形等位移变化趋势较为一致,开挖过程中随着含水率的逐渐增大,隧道围岩变形越来越明显,当含水率从25%渐变到30%时,各部位的位移变化急剧增大,含水率在30%时,隧道各部位的累积沉降值达到隧道灾变状态,因此可将含水率25%定为昔格达地层隧道灾变临界值,含水率30%定为昔格达地层隧道围岩灾变值;(3)通过建立灾变因子指标体系,构造判断矩阵并赋值,利用层次分析法确定各因子的权重,灾变源因子影响权重最大的为昔格达地层自身地质及岩体力学性质因子0.625 0,其次是水文地质因子0.238 5,水文地质因子主要为地下水指标影响最大;(4)本研究结论可为西南地区昔格达地层隧道安全快速施工提供指导。

昔格达组黏土岩和粉砂岩现场直剪试验研究

通过昔格达组黏土岩和粉砂岩自然状态与饱水状态下的现场直接剪切试验,获得不同法向应力及含水率下的剪应力-剪切变形曲线,对这几组曲线特征进行对比分析和总结,采用最小二乘法对自然状态与饱水状态下的抗剪强度参数进行求解。最后,从亲水性矿物化学腐蚀反应的角度出发,分析了水对昔格达组黏土岩和粉砂岩的损伤机理。试验结果表明:昔格达组地层的剪切变形过程可大致分为3个阶段。昔格达组黏土岩和粉砂岩的剪切强度随着法向应力的增大而增大,随着含水率的增大而减小;水对黏聚力的弱化程度比内摩擦角更显著,粉砂岩强度参数衰减幅度比黏土岩大。现场直剪试验测得的强度参数大于室内测试结果,边坡稳定性评价中黏聚力和内摩擦角取值应充分考虑现场试验结果,减少设计的保守性。

成昆铁路昔格达地层工程地质特性及对策研究

研究目的:成昆铁路是四川、西北地区与云南省及东南亚地区的重要连接通道,沿线昔格达地层分布较广,但受其成因机制、物理力学特性、构造条件及地下水等因素的影响,在工程上主要表现为边坡失稳破坏及隧道围岩大变形等工程问题,给工程建设带来巨大危害。本文结合成昆铁路扩能改造工程建设,在前人研究的基础上,针对穿越昔格达地层铁路修建的关键技术问题,通过试验分析,提出其合理的地质参数和工程措施,从而解决实际工程问题。研究结论:(1)昔格达地层为极软岩,产状平缓,具有水稳性差、透水性弱的特性;(2)针对路基工程,昔格达地层路堑边坡当岩层倾角≥5°时应考虑顺层影响,高填方及斜坡填方段应设侧向约束桩,加强地表排水及坡面防护,防止基底受水软化;(3)针对桥梁工程,昔格达地层宜作为明挖基础和桩基础的持力层,但基坑开挖后应尽快浇筑混凝土,以免坑壁坑底渗水软化变形;(4)针对隧道工程,昔格达地层应遵守"短进尺、重超前、少扰动、严控水、强支护、快封闭、早衬砌"的极软岩隧道施工原则;(5)本研究成果对我国西南山区类似工程地质条件下的铁路、公路等工程建设具有借鉴意义。

含水率对西昌昔格达组粘土岩抗剪强度的影响研究

昔格达组是西南地区第四纪的一套静水河湖相沉积地层,岩石矿物成分复杂,粘土岩具有遇水软化、强度随含水率升高而降低的特点。本文以西昌昔格达组粘土岩在不同含水率下的剪切试验为基础,从多角度就含水率对该区粘土岩抗剪强度的影响程度及影响机理进行了分析。试验发现,随着含水率的增加,粘土岩抗剪强度明显降低,含水率对粘土岩粘聚力及内摩擦角的影响具有明显的停滞性。粘土岩的SEM矿物形貌特征分析表明,在粘土岩片架结构中,抗剪强度主要由"团聚体"的三个强度分量共同产生,随着含水量的增加,各分量均呈下降趋势,最终导致"团聚体"破坏,使粘土岩抗剪强度降低。

昔格达地层泥质粉砂岩灌注桩承载性状试验研究

西攀路昔格达地层分布广泛,桥位桩桩基大多数置于昔格达地层中,该桩基承载性状研究资料缺乏,根据对西攀路安宁河蒲坝工点试验段4根灌注桩的现场静载试验结果分析,揭示了昔格达地层灌注桩承载特性和荷载传递机理,得出了昔格达地层泥质粉砂岩的侧摩阻力、桩端阻力及桩尖容许承载力。

昔格达地层隧道围岩的失稳特征及变形控制工法

昔格达地层是一种分布于我国西南地区的河湖相沉积半成岩,具有水稳性差,遇水易泥化、崩解等特点,在隧道开挖中易出现坍塌、围岩大变形等灾害,对隧道安全施工产生不利影响.基于此,依托攀西地区昔格达地层桐梓林、垭口以及盐边隧道工程,现场取样并进行围岩室内物理力学试验,同时建立不同含水率深浅埋昔格达地层隧道有限元模型,探究不同含水率下昔格达地层隧道围岩的失稳特征,并提出针对昔格达地层隧道施工变形控制工法.研究结果表明:昔格达地层对水较为敏感,其中浅灰色页岩夹砂岩的物理力学性质受含水率影响最大;当围岩含水率在0~20%之间时,昔格达地层隧道围岩变形呈现递增,但变形较小,自稳性较好,当含水率在20%~25%时,隧道围岩变形增大明显,失稳潜力巨大;在大埋深、高含水率的条件下,隧道仰拱隆起累计变形和掌子面挤出累计变形急剧增大,在拱顶部位,掌子面挤出变形主要发生在上中台阶交界处;针对昔格达地层隧道围岩失稳变形特征,提出在无水和有水状态下的昔格达地层页岩夹砂岩、砂岩夹页岩隧道围岩施工工法.

昔格达层高填方路堤沉降变形特性研究

研究目的:新建的攀枝花南站车站路堤填筑高度达到36 m,出于地质、地形条件限制和经济考虑,该处的高填方路堤工程的填料拟采用路堑开挖的昔格达层土,但受其成因机制、物理力学特性、构造条件及地下水等因素的影响,昔格达土工程性质极差,易产生不同程度的地质灾害。本文以成昆线攀枝花南站昔格达层高填方路基工程为依托,利用ABAQUS软件建立三维整体有限元模型,分析昔格达层高填方路堤在分层填筑过程中的沉降变形规律,从而为实际工程建设提供参考。研究结论:(1)昔格达地层为极软岩,产状平缓,具有水稳性差、透水性弱的特性;(2)在合理控制施工质量,做好排水措施的情况下,昔格达土可作为路堤填料使用;(3)昔格达层高路堤在分层填筑过程中,最大变形位置发生在填筑体高度的1/2h～1/3h处;(4)昔格达层路堤和路基表面的最大沉降量都随填方高度的增长而增长,路基的最终工后沉降量为4.2 cm,最大沉降速率为3.99 cm/a,基本满足规范的要求;(5)本研究成果对我国西南山区类似工程地质条件下的铁路、公路等工程建设具有借鉴意义。

昔格达地层研究综述

昔格达地层是分布于攀西地区的一种特殊的半成岩。围绕昔格达地层的地质环境、地质历史以及对西南地区古气候变化的反映等方面,地质学家展开了研究。攀西地区是我国能源、资源富集的地区,是我国未来重点发展的地区。昔格达地层的研究对于当地地质灾害的处理、基础设施的建设等都具有重要的意义。综述了昔格达地层的研究情况,对昔格达地层研究和攀西地区的建设具有重要的参考意义。

西攀路昔格达地层滑坡分析

因昔格达地层具有特殊的地质结构和物理力学性质,该地层中产生滑坡的密度在我国易滑地层中名列前茅。西攀路沿线广泛分布昔格达地层,通过西攀路昔格达地层基本特性的研究,对昔格达滑坡进行了分类,并对滑坡成因进行了分析。

昔格达组地层泥质粉砂岩承载板试验研究

根据西攀路安宁河岸蒲坝工点试验段6个点的承载板试验结果,确定出昔格达组地层泥质粉砂岩的变形模量、容许承载力等设计计算参数,可供昔格达组地层设计参考。

昔格达组粉砂岩作为筑坝土料的工程特性研究

昔格达组地层是分布于四川西部攀枝花及西昌地区的一种特殊的工程性质较差的半成岩,攀西地区是我国能源富集的地区,也是我国需要重点发展的水电能源地区,开展昔格达组地层研究对当地的基础设施建设有重要的意义。针对梅子箐水库扩建工程拟采用的昔格达组粉砂岩,采用大尺寸试验设备,进行了物理力学性能试验,探讨其作为筑坝土料的适宜性问题。试验研究表明:昔格达组粉砂岩具有较好的抗剪强度指标,压缩性中等偏低,渗透性中等,抗渗透变形特性较好,可以作为筑坝土料。在力学性质上,昔格达组粉砂岩的性质更接近粉砂质土。

昔格达地层路堤地基稳定性分析

基于对西昌至攀枝花高速公路昔格达地层研究成果,通过对雅安至泸沽高速公路典型工点试验和数值模拟分析,研究昔格达地层路堤地基稳定性,得到昔格达地层承载性能和稳定性均较高,可作为良好的天然地基的结论。该结论对将来该地层的深入研究及应用具有指导意义。

攀钢钒钛钢铁新基地昔格达地层岩土工程特性研究

通过西昌市攀钢钒钛钢铁新基地"昔格达组"黏土岩及粉砂岩的室内土工试验及部分现场试验,从颗粒分析、矿物化学组成、微观结构等方面分析相关物理性质;从"昔格达组"黏土岩及粉砂岩的渗透性、膨胀性、抗压及抗剪强度特性分析其工程特性,并与攀枝花地区部分"昔格达组"地层资料对比,分析其遇水软化的性质,为工程建设提供参考。

昔格达地层路堑边坡稳定性物元分析

结合西(西昌)攀(攀枝花)高速公路建设需要,通过对西攀高速公路沿线昔格达地层既有铁路、公路路堑边坡稳定性的调查研究,采用物元数理统计方法进行归纳分析,系统全面地总结出昔格达地层路堑边坡稳定性的影响因素,即坡高、坡度、坡体结构、含水率、植被覆盖率、岩石性质以及坡体内结构面产状与岩层产状,然后建立物元方程,得出各因素对边坡稳定性的影响程度,同时对昔格达地层路堑边坡按稳定性进行归类,共分稳定型、次稳定型、次不稳定型和不稳定型4种类型。通过系统论述昔格达地层边坡稳定性与边坡地形、地质条件的关系,得到了昔格达地层路堑边坡稳定性的理论判别依据和判别标志。

昔格达组地层大断面隧道变形特征分析

为掌握昔格达组地层大断面隧道变形特征,确保大断面隧道施工期间围岩的稳定性,以改建铁路成都至昆明线米易至攀枝花段桐梓林隧道为依托,采用数值模拟与现场多断面监测相结合的方法,研究在三台阶临时仰拱法施工中昔格达组地层大断面隧道变形的时空效应。研究结果表明:昔格达组地层大断面隧道洞周围岩变形以竖向沉降为主;拱顶先行沉降与上台阶开挖引起的拱顶沉降之和占总沉降的41.3%,超前影响范围为1.3D;隧道开挖期间拱顶沉降和拱脚水平收敛主要受中台阶开挖的影响;隧道拱顶沉降随时间变化的预测公式为U=102.105·exp(-5.33/X);隧道拱脚水平收敛随时间变化的预测公式为L_1=19.552·exp(-7.49/X);隧道墙腰水平收敛随时间变化的预测公式为L_2=17.862·exp(-23.26/X)。

含水率对昔格达地层大断面隧道初期支护安全性影响研究

昔格达地层具有水稳性差、易崩解等特点,常常引发隧道初期支护结构开裂、围岩掉块、坍塌冒顶等灾变事故。为了研究围岩含水率对昔格达地层大断面隧道初期支护安全性的影响规律并及时预防灾变事故,以成昆铁路复线桐梓林隧道为工程依托,通过数值模拟对比分析5种典型围岩含水率下隧道初期支护结构的受力特性和变形规律,根据相关规范规定的洞周变形标准和结构强度安全系数标准界定现有支护参数所能够维持的围岩含水率阈值为29%,并为超过此围岩含水率阈值的隧道支护参数提出优化方案。通过现场监控量测数据验证数值模拟计算结果的可靠性和合理性,研究成果不仅完善了昔格达地层大断面隧道设计参数,同时为类似工程提供借鉴和参考。

昔格达路堤土工格栅加筋效果离心模型试验研究

以某在建昔格达填料路堤试验段为原型,进行了6组离心模型试验.通过测定模型顶面的沉降、模型内部的水平和竖向土压力,对高填方路堤中土工格栅的加筋效果进行了分析和研究,总结了土工格栅对高填方路堤的影响及作用,为昔格达填料路堤的设计和施工提供了依据.

昔格达地层抗滑桩现场加载试验研究

地质条件极为复杂的西攀高速公路沿线广泛分布昔格达易滑地层,设计中大量采用抗滑桩支挡结构整治昔格达滑坡,为探求昔格达地层作为锚固段岩土所能提供的抗力特性,在永郎滑坡工点进行了现场试桩试验。本文详细介绍了昔格达地层抗滑桩现场试验目的、场地条件、试验设计及方法,通过对现场静载试验成果的分析,获得了昔格达地层抗滑桩受力的基本特性。