高地应力断层破碎带富水段隧道帷幕注浆效果及注浆圈参数研究

周边超前预注浆加固是改变裂隙岩体物理力学性能和渗透性能的有效方法,以鸡心岭隧道工程为例,通过数值模拟分析了周边预注浆加固前后、不同注浆圈厚度和注浆圈渗透系数对围岩渗流场、位移场、塑性区及支护受力的影响规律。结果表明:1)周边超前预注浆加固能有效降低初期支护静水压力,减小围岩塑性破坏范围和洞周位移,并使得隧道涌水集中发生在拱脚位置;2)注浆圈厚度超过8 m后,继续增大注浆圈厚度对围岩位移的影响较小;3)降低注浆圈渗透系数可有效降低隧道涌水量,但会增大围岩变形。

黄金矿山深部地应力测试与分布规律研究

高地应力是深部开采不可避免的难题。为确保新城金矿在高地应力环境下的安全高效开采,采用瑞典LUT地应力测定仪,运用应力解除法对新城金矿-830 m、-930 m、-1030 m中段共计6个钻孔岩芯进行地应力测量,并用LUT-str专用岩体应力计算程序对测试结果进行综合分析,采用赤平极射投影软件绘制出测点主应力方位赤平面投影图,使用线性回归方法,对所测6个测点的应力值进行回归分析。研究结果表明:新城金矿地应力场主要是水平构造应力,矿区围岩含有较多的节理裂隙,巷道开挖后,矿岩较为破碎、易风化,片帮等灾害现象易发生,应在开挖后及时支护。此研究为新城金矿深竖井工程的安全施工、合理支护设计及深部开采支护等提供了基础资料与依据,同时也为类似矿山竖井掘进与矿山开采起到示范作用。

大宁-吉县地区地应力场对高渗区的控制

地应力场是控制煤层气富集高产重要因素之一,研究地应力场与煤层渗透性的关系可以更好的指导煤层气的勘探。通过对地层倾角测井资料和大地电位监测分析井壁崩落得出大宁-吉县地区水平最大主应力方向;根据声波时差测井和电阻率曲线计算出最大主应力值。研究结果表明古驿-窑渠背斜轴部为最大主应力低值区,控制着煤层气的高渗区,也是该地区最有利的勘探区域。

高地应力场岩体深部卸荷断裂带的梯度项塑性算法分析

以梯度项塑性理论为基础,对锦屏一级左岸典型深卸荷带地质特征进行了分析。该理论认为岩体内部局部卸荷软化参数不在其局部范围内确定,而是由积分点及其邻域所在影响范围来确定,且在应力应变关系中引入带塑性应变的梯度项。锦屏一级左岸地区二维和三维分析结果均显示了深部屈服现象,其与现场勘探出现的深部卸荷带裂缝位置具有空间分布上的一致性。数值计算中的梯度项塑性屈服,特别是在具备一定高地应力围压的条件下,即是岩体卸荷破裂,直至应力局部释放,最终趋于形成相对稳定的局部卸荷带。其计算结果较为可靠,分析结果与该地区出现的深部卸荷裂缝特征基本相符。

金沙江乌东德水电站坝址高边坡稳定性研究

高边坡是中国西部水电工程建设常见工程问题之一。金沙江乌东德水电站坝址两岸自然边坡高达830~1036 m,其稳定状况直接事关工程安全。以大量地质调查资料为基础,将地质宏观分析与数值分析计算相结合,研究坝址高边坡稳定性,预测工程边坡可能失稳模式,为治理工程设计提供重要依据,可作为类似工程参考。

极高地应力软岩隧道双层支护技术

兰渝铁路两水隧道洞身主要通过炭质千枚岩软岩地层，隧道为极高地应力状态，最大水平主应力值为6．5～11．3 MPa。施工前期，隧道初期支护结构变形较大，部分钢拱架扭曲、断裂，支护结构失稳，初期支护结构侵入衬砌净空，拆换拱情况频繁发生，局部地段二次衬砌开裂。针对前期施工中出现的问题，分别开展双层初期支护和双层衬砌试验，对试验段初期支护变形、围岩压力、接触压力、钢架应力、钢筋应力、混凝土应力等进行现场试验研究，掌握试验段设计及施工参数条件下，隧道支护和衬砌结构受力和变形规律。主要研究结果如下：1）双层初期支护变形相对较小，喷混凝土应力、钢架应力、二次衬砌混凝土应力及二次衬砌钢筋应力均未超过材料的容许应力，工作状态良好；2）双层初期支护可减少绑扎钢筋的工序，不需要再另增衬砌台车，在工序组织上更加便利，工效性相对较高。

基于地应力场分析提高产气量的测井评价技术——以樊庄煤层气区块为例

针对樊庄地区高阶煤含气量高、产气量低的特点,煤层压裂改造可有效的将井孔与煤层天然裂隙连通起来,从而加快气体解吸速率,地应力场是影响该区煤层气开发效果的重要因素。本文利用地球物理测井技术,总结出一套适用樊庄地质条件和煤层气勘探开发特点的地应力场评价方法,优选煤层气有利开发部署区,为煤层气有利开发区水力压裂施工提供依据,取得了较好的生产效果。

我国高地应力区隧道岩爆研究现状及分析

随着我国铁路隧道的大规模建设,大量超深埋隧道在高地应场条件下的岩爆效应将成为铁路建设中的关键技术难题。为判别、预防岩爆的发生,提出不同等级岩爆防控措施,通过调研国内相关专家的研究成果及国内外典型岩爆隧道建设的相关研究成果,结合实际工程经验,分析岩爆发生条件、高应力状态下岩爆发生机理、岩爆的预测、岩爆防治措施及作用机理,总结隧道发生岩爆的特征规律,提出高应力状态下不同等级岩爆的防控措施。分析结果表明,施工过程中岩爆的防治,应采取以微震监测为主的综合超前地质预报方法,隧道支护应采用主动支护和被动防护相结合方式,主动支护主要有预应力锚杆、超前应力释放、拱部超前支护、优化施工工法等措施,被动防护主要有高强钢纤维喷射混凝土、钢拱架、消能防护网等措施,岩爆防治技术的关键在于,快速恢复围岩原始三轴应力状态,同时采用少人化、无人化的大型机械化施工,相关研究成果已纳入高原铁路岩爆隧道设计原则。

断层构造对高地应力隧道初始地应力场影响分析

为减少地下工程区断层等地质构造对局部应力场的影响,以云南省红河州某高速公路隧道工程为例,分析隧道选址区域初始地应力场。首先,建立隧道选址区域三维地质模型,使用空芯包体法采集10处测点的初始地应力数据;然后,根据实测地应力数据,通过多元线性回归反演分析方法反演,得到隧道选址区岩体初始地应力场,同时,在该方法的基础上考虑区域内断层和破碎带的影响,总结断层对地应力分布状态的影响;最后,根据现场勘察所得地质构造条件(主要为断层),对断层带施加挤压力和压扭力模拟断层错动,从而进行局部地应力调整,得到符合实际的地应力场。结果表明:研究区域水平垂直隧道轴线方向的应力最大,表现为σy>σz>σx;应力值在断层内部减小,断层带边缘增大。在高地应力硬岩隧道工程中,应力集中的断层边缘存在岩爆发生概率增大的可能性,应加强防治,以保障施工过程安全。

高地应力软硬岩隧道初始应力场反演分析

地下工程中初始地应力场对设计及施工起到控制性影响,所以更准确获得并分析初始应力场是至关重要的,而反演分析是其重要的获取手段。以浩吉铁路九岭山隧道和桐木隧道为工程背景,基于理论分析与现场实测信息,分析不同岩性隧道下初始应力场的反演准则,并提出相应的主控指标;同时,根据工程实际分别以硬岩、软岩隧道为例,利用数值仿真方法计算得到与实测洞壁二次应力和位移相契合的初始应力场应力边界条件,从而得到依托工程的初始应力场分布特征。计算结果表明:硬岩隧道测点段竖向初始应力20.35 MPa,水平初始应力17.908 MPa;软岩隧道测点段竖向初始应力11.7 MPa,水平初始应力6.201 MPa。

露采高边坡模型初始地应力场快速生成方法研究

为防止露采高边坡建模中初始地应力场畸变,采用子模型法和等效应力梯度边界面力法,用等效应力梯度边界面力替代简化部分水平构造应力,施加侧边界条件。以黄山石灰石矿山高边坡为工程实例,建立取至负地形的高边坡整体计算模型和简化子模型,计算对比整体大模型与简化子模型初始地应力场模拟结果。结果表明:整体大模型与简化子模型水平方向和竖直方向应力误差较小,证明此数值模型简化法可行;以工程边界作为简化子模型侧边界,节点和单元简化率约52%,可快速模拟初始地应力场,提高计算效率。研究结果为高边坡整体大模型初始地应力快速生成提供新思路。

段家坪隧道区域初始地应力场反演分析

为解决地应力释放导致隧道初期支护变形失稳难题,以隧道区域地质资料为基础,结合现场地应力实测数据,采用多元线性回归分析方法,进行了隧道工程区域初始地应力场的数值模拟反演计算分析,获得隧道围岩初始地应力场分布规律。研究结果表明:隧道测区段围岩处于高地应力状态,测点地应力反演值与实测值误差较小,反演结果合理、可靠。通过隧道围岩强度应力对比分析,隧道DK453+500m～DK454+400m段为高应力状态,地应力释放会导致隧道初期支护开裂变形,与现场实际情况相一致。

丽香铁路长坪隧道锚杆支护参数优化研究

以丽江-香格里拉铁路长坪隧道为工程背景,采用数值模拟方法分析不同锚杆长度和不同施作部位支护效果,针对性提出锚杆支护优化方案,并结合现场试验对锚杆支护方案进行验证。结果表明:增加锚杆长度可有效控制围岩变形和塑性区范围,并减小初期支护结构应力;但随锚杆长度增大,其对变形控制效果逐渐降低,综合考虑经济性,锚杆长度应适当。三台阶开挖方法,拱部锚杆对控制拱顶下沉具有显著作用,但对边墙收敛影响较小;下台阶锚杆对隧道围岩变形及塑性区范围影响较小,建议上台阶锚杆长度为4.5 m,中台阶锚杆长度为6.5 m,取消下台阶锚杆。经现场试验变形控制效果良好,虽喷射混凝土存在部分开裂,但变形稳定,未发生侵限问题。