滇中红层软岩隧洞不良地质段施工技术研究

滇中引水工程线路较长,跨越多个地质构造单元,广泛存在活动断裂、高地下水、高地应力、软岩大变形等问题。滇中红层软岩洞段集中分布在大理、楚雄线路,其中,楚雄段凤凰山隧洞倒虹吸交通洞上游控制段穿越滇中红层软岩及元谋-绿汁江断裂带。该段施工过程中,充分运用超前地质预报、超前支护、预留变形量、分层分部开挖、多个支护类型、监控量测、及时封闭成环等手段,将多个控制因素加入到开挖支护施工中,增加了隧洞稳定性,提高了安全保证率,形成了适合滇中红层软岩不良地质段的施工技术。

渗流作用下红层软岩流变力学特性试验与本构模型研究

滇中引水工程隧洞软岩大变形问题是十大世界级技术难题之一.以滇中引水工程柳家村隧道钙质泥岩为研究对象,开展了渗流作用下的三轴流变力学试验,研究了渗流作用影响下钙质泥岩流变变形规律及加速流变特征.结合钙质泥岩在不同渗压作用下的流变特性,引入比奥系数与损伤变量,基于非线性元件模型,建立反映不同渗流压力作用下钙质泥岩损伤流变特性的本构模型,对非线性损伤流变模型进行参数辨识,模型与流变试验结果匹配良好.研究成果对认识和掌握滇中红层软岩渗流流变力学特性具有重要理论意义和实用价值.

滇中引水软岩隧洞施工支洞交岔口开挖控制技术

滇中引水工程大理段狮子山隧洞处于红尘软岩段,变形情况突出。为便于超长输水隧洞的施工设置了斜井作为施工支洞,鉴于该支洞与主洞交汇处结构跨度大,开挖支护期间其变形与稳定控制难度大。阐述了针对该支洞与主洞交岔口部位的分区分块、开挖程序、支护结构等具体情况采取的相关变形控制措施,以期对类似工程施工提供参考。

深埋软岩隧洞让位支护原理及应用技术框架

软岩大变形问题是深埋软岩隧洞面临的重大工程挑战和核心关键技术问题.本文总结了从采取刚性支护硬顶的方法发展到采用柔性支护利用围岩自承能力的让压方法的历程,通过分析国内外软岩大变形案例,以滇中引水工程为例,总结滇中软岩变形特征,认为滇中深埋软岩隧洞大变形问题,如采用以防止冲击地压和解决不均压问题的让压锚杆支护,将有一定的局限性,甚至无效.滇中深埋软岩隧洞软岩大变形问题往往还与赋存地质物理环境高外水压力作用有关.文中提出复杂地质条件下深埋软岩隧洞让位支护理论与技术方法,让位支护理论与让压支护理论基础和原理不同,其不是让抵抗冲击地压为目标,而是让变形位移为核心,软岩隧洞施工中“持续变形、边支边让”为核心思想,在保证水工隧洞安全稳定的条件下充分释放岩体的主体变形能,保障软岩隧洞支护、衬砌的安全稳定.该理论方法可在变形力学机理上解决软岩大变形和高外水压力强作用的关键核心技术问题.文中给出了软岩隧洞让位支护系统技术方法,包括系统让位锚杆、让位锚索、约束混凝土、可缩动钢拱架结构及其让位支护体系技术.

滇中引水工程龙泉隧洞近接施工影响控制研究

软岩大变形和近接施工影响控制是隧洞工程建设的公认技术难题。滇中引水工程输水总干渠昆明段龙泉隧洞面临穿越“滇中红层”软岩、埋深总体较浅、地表存在较多敏感建(构)筑物等难题,施工期围岩失稳和近接施工影响问题突出。在地表沉降变形预测的基础上,制定了针对性开挖、支护措施,采用三维数值仿真分析,完整模拟了隧洞开挖支护过程,系统分析了围岩稳定性和地表敏感建(构)筑物基础沉降变形。结果表明:隧洞开挖支护过程中应力集中和松弛不显著,变形以顶拱下沉和底板隆起为主,支护措施施作后变形趋于平缓,最大变形91.9 mm;地表敏感建(构)筑物基础最大沉降35.8 mm,位于西北绕城高速,其他建(构)筑物基础沉降不超过10 mm。根据分析结果进一步明确、优化了开挖支护措施,为工程设计施工提供了指导,也可为类似条件下的隧洞建设提供了经验借鉴。

铁路隧道浅埋软岩大变形控制施工技术研究

西南地区滇中红层软岩是云南滇中地区的特有地层,隧道长距离穿越该种浅埋软岩地层,将面临软岩大变形等多种施工难题,为此,依托山田隧道,对软岩大变形影响因素进行研究,并重点分析了受力体系转换过程,分析得到上台阶钢拱架是承受围岩沉降的主要结构,初期支护闭合成环后,主要受力部位转变到边墙范围,并提供了一套浅埋软岩大变形控制技术,可取得理想的效果,颇具推广价值。

川东北地区红层软岩边坡防护及病害处治研究

针对川东北地区公路红层软岩特性,结合四川德阳中江至遂宁高速公路项目建设及运营期发生的相关病害案例,总结出川东北地区高速公路易产生的常见病害类型及机理分析。并依据该项目具体边坡滑塌工点案例,分析边坡滑塌的相关要素及滑塌病害特点,并对该工点进行了数值模拟分析,计算滑塌变形下滑力,并提出了经济合理的处治措施,并取得了较好的效果。总结出几种常见病害类型经济合理的处治措施,可为川东北地区高速公路建设提供参照。

红层软岩破碎软弱夹层边坡稳定性影响因素探讨

土质为红层软岩破碎软弱夹层的临空边坡往往是不稳定的,其主要影响因素为边坡的坡度、降水及上覆荷载等.本文对此进行了室内模型试验,给出了降水量与坡角的关系曲线、渗透深度与坡角的关系曲线,以及定性描述上覆一定厚度黄土层时的破坏特征,分析了破坏产生的原因,同时给出了坡率及降水引起边坡滑塌的最大坡角的定量界限.

基于重整化群方法的红层软岩损伤破坏逾渗阈值研究

逾渗现象广泛存在于大自然中,当物体中起决定性作用的关键变量变化至某一阈值时,其状态发生突变,此时关键变量的临界值称为逾渗阈值。岩石在水的作用下的损伤破坏过程中存在着逾渗现象,可通过重整化群的方法来研究。本文针对华南地区广泛分布的红层软岩,探讨了其在损伤过程中的逾渗现象与破坏的本质关联。通过对典型红层软岩的微观结构分析,概化出红层软岩的骨架构件和胶结物构件,建立红层软岩的重整化群模型的基本单元,将基本单元进行组合,建立出红层软岩的重整化群模型。根据重整化变换规则,推导计算出其逾渗阈值。研究表明:当红层软岩在荷载条件下的破坏临近逾渗阈值时,其内部结构发生大量破坏,软岩内部从无序损伤突变为有序损伤,继之损伤破坏加剧,由稳定破坏向非稳定破坏突变,最终导致其失稳破坏。研究对揭示红层软岩损伤破坏机理具有重要意义。

波速-旁压联合测试法在红层软岩中的应用研究

将波速测试及高压旁压试验运用于长沙地区的白垩纪红层软岩勘察中,获取了大量红层的声波测试结果及旁压试验特征参数,经过多参数的综合分析,为红层软岩的风化程度与岩体强度变化分析提供了有效参数。并在大量试验资料的基础上,建立了红层的动、静参数之间的相关方程。实践证明,波速-旁压联合测试方法是一种快速、经济、有效的工程勘察手段。

深埋软岩隧道开挖及支护变形特征研究

针对滇中引水工程中磨盘山隧道的深埋软岩段,利用ANSYS建立三维数值模型,通过FLAC^(3D)进行计算,研究了深埋软岩隧道开挖及支护后围岩的变形和破坏特征。结果表明,围岩强度和隧道埋深是影响隧道变形破坏的重要因素。隧道开挖后,应力重分布,隧道前段围岩强度较小,变形总位移、塑性区范围大于后段,在拱腰两侧对称形成两个应力集中区。隧道支护后,有效限制了隧道变形的继续发展,各部位总位移值减小,塑性区范围也得到抑制,拱腰两侧应力集中区向洞壁靠拢,应力分布也变得均匀。

湘浏盆地红层软岩的几个岩土工程问题

对湘浏地洼盆地第三纪—白垩纪红层的风化分带、抗压强度、承载力取值及路用性能等问题进行了探讨。

红层软岩边坡生态防护技术探讨

红层软岩边坡,土质贫瘠,浅层稳定性差,生态防护失效的现象比较突出。为提高西部红层软岩边坡生态防护的可靠性,在对西部红层软岩地区铁路、公路边坡生态防护状况进行调研和分析的基础上,总结红层软岩边坡生态防护失败的原因,吸取经验教训,提出适于红层软岩边坡的生态防护方法和适合该区栽植的草木品种及配置方法。

西部红层软岩地质特性及其对路基结构稳定性的影响

红层软岩对于高等级公路建设影响较大.本文阐述了我国西部红层软岩的分布及其地质特性,描述了红层软岩的岩体结构特征和工程特性,包括变形特征、抗剪强度特征、水理性质和软岩夹层问题,在此基础上,进一步分析了红层软岩对公路路基结构形式和稳定性的影响,并提出了相关的处治措施.

红层软岩开挖边坡致灾原因及防治技术

按照地层、倾斜角度进行分析,确定有效防止的技术方案,对红层软岩的结构特征进行分析,研究造成地质灾害的机理和破坏模式。通过分析高速公路红层软岩的边坡调研标准,确定实际边坡的结构和分类体系,按照实际标准进行合理的划分,确定实际各类岩体的结构特征标准,明确实际控制结构性质,对可能存在的坡体问题进行分析。

红层软岩地区高速铁路深路堑基底变形规律研究

挖方高边坡基底随时间持续上拱变形如果超出铁路路基设计规范的限值,会严重影响列车的舒适性和安全性。为研究西南地区泥岩夹砂岩挖方高边坡基底持续上拱变形机理,使用FLAC3D软件对挖方高边坡进行弹塑性和黏弹塑性数值计算,并尝试从软岩流变的角度分析挖方高边坡施工完后基底持续上拱变形的规律。研究结果表明:在不考虑流变的弹塑性分析中,挖方高边坡具有明显的边坡开挖效应(卸荷效应),竖向应力随着边坡开挖深度的增加而减小,导致竖向变形逐渐增大,应力变化越大竖向变形也越大;在流变分析中,由于开始阶段的岩体应力调整,基底下一定深度出现竖向压缩变形,随着应力稳定,发生持续上拱非线性变形,并在5年后达到稳定;在流变计算中,由于基底下剪应力与水平应力均有所大幅度增加,基底下各深度的竖向变形小于弹塑性计算的变形,采用泥岩流变计算模型能较好的模拟并解释依托工程案例中挖方路基持续上拱变形现象。

饱水-失水循环下泥岩的剪切蠕变特性研究

为研究滇中红层泥岩在饱水-失水循环作用下的剪切蠕变特性,采用YBL-300剪切流变仪开展了剪切流变试验。试验结果表明:(1)滇中红层泥岩在法向正应力较低时,饱水-失水循环下的泥岩蠕变剪应力相较于饱和状态与天然状态下的分别减少了74%与79%;(2)饱水-失水循环引起了剪切蠕变曲线中出现“台阶”现象,而在同一级蠕变曲线中,饱水-失水循环次数的增多,“台阶”现象逐渐消失;(3)法向正应力较小时,饱水-失水循环对泥岩的剪切蠕变特性影响较大,随正应力增大,影响逐渐减小;(4)通过五元件粘弹性剪切蠕变模型和幂函数型经验模型构建了饱水-失水循环泥岩剪切蠕变应变-时间线方程,并得出与试验相符的应变-时间模拟线。

滇中引水工程香炉山深埋长隧洞主要工程地质问题

香炉山深埋长隧洞是滇中引水工程总工期控制性工程,隧洞总长62.596 km,最大埋深1450 m,具有线路长、埋深大、勘察研究范围广、地质构造背景与岩溶水文地质条件复杂、地下水环境影响敏感等工程特点。勘察期通过大范围线路比选和综合勘察测试研究,逐步选定了隧洞线路并基本查明其工程地质与水文地质条件,对隧洞高地震烈度区抗震与穿越活动性断裂抗断问题、涌突水(泥)与地下水环境影响问题、高地应力与硬岩岩爆及软岩大变形问题、高外水压力问题及穿越煤层、膨胀土特殊岩土工程地质问题等进行了深入分析,为隧洞工程设计、施工提供了可靠的技术支撑,为类似深埋长隧洞的相关研究提供参考。

深埋软岩隧洞围岩-支护体系安全控制研究

深埋软岩隧洞变形程度大、持续时间长、支护困难,如何制定有效的设计对策以控制软岩变形是深埋软岩隧洞设计和施工面临的重要技术难题之一。软岩隧洞变形控制研究主要涉及3个关键科学问题:软岩隧洞围岩-支护体系承载机制、围岩-支护体系的安全控制指标与控制标准、软岩隧洞的合理支护时机与支护强度。多年来,国内外学者通过理论分析、现场试验、数值模拟等不同途径对软岩变形控制问题进行了系统的研究,取得了丰富的研究成果。分析了有关软岩变形控制3个关键问题的研究进展,探讨了围岩荷载的作用形式以及围岩-支护的荷载分担比例,建立了围岩-支护体系的安全控制指标与标准。在此基础上,对深埋软岩隧洞的合理支护时机和支护强度进行了探讨。相关认识和结论具有一定的理论和工程意义。

香炉山隧洞5号施工斜井施工难题及解决措施

破碎软弱围岩大变形控制技术是目前复杂地质条件下,跨流域调水超长深埋隧洞建设需研究的关键技术问题之一。受地形、地质、投资、工期等多因素限制,斜井施工通道在深埋隧洞的“长洞短打”施工中得到了越来越多的应用,但破碎软弱围岩与斜井施工工况的组合也会给施工带来更多的困难。以滇中引水工程香炉山隧洞5号施工斜井为例,分析了进洞初期造成施工困难、进展缓慢的各种因素,特别是隧洞围岩破碎软弱、抗变形能力极差的情况。通过采取专项科研试验、针对性设计、适应性工艺施工、精细化管理等综合举措,有效提高了施工进度,同时也可为滇中引水工程中的类似隧洞和其他类似隧洞工程提供借鉴参考。