矮寨大桥基础岩体稳定问题研究

由于各构筑物及其与高陡边坡紧邻,准确把握构筑物围岩的稳定性及其相互影响,是设计方案能否成立的关键。总结分析矮寨大桥基岩稳定的4个方面的关键问题,并介绍大桥基础岩体勘察所采用的多种手段、主要的地质缺陷、基岩稳定分析结果及施工期监测结果。开挖揭露的地质条件、稳定分析及监测结果表明,多种技术方法是全面认识岩体工程地质条件的必要手段。矮寨大桥基岩的稳定问题集中在两岸高陡边坡上,设计荷载并未引起岩体产生明显变形,各构筑物之间相互影响不明显。只要通过适当的加固措施保证边坡岩体的稳定,桥基岩体稳定性就可以得到保证。设计采用的塔梁分离式悬索桥结构,以及各构筑物的布置是可行的,研究成果支撑了结构设计上的创新。隧道锚因围岩"夹持效应"而产生强大的抗拔能力。由于国内外大型悬索桥采用隧道式锚碇不多,对隧道锚碇围岩的岩石力学问题研究还不够深入,其承载能力可能被严重低估。

重庆鹅公岩大桥隧道锚碇围岩稳定性

重庆鹅公岩长江大桥设计采用悬索桥方案。东锚碇为隧道锚,布置在粉质砂岩和砂质泥岩互层岩体中,锚碇及围岩体的变形状态直接影响大桥的稳定和安全。为了了解锚碇及围岩体在张拉荷载下的变形状态及围岩极限承载能力,对围岩及锚碇进行了较全面的试验研究,包括岩体参数试验、1∶12.5实地结构模型张拉试验、数值分析及灰色GM(1,1)模型预测等。研究表明:锚碇及围岩变形较小,变形处于弹性阶段;灰色GM(1,1)预测出岩体极限承载力为设计荷载的6.09～6.15倍,锚碇处于安全状态,并有足够安全储备。试验研究成果为设计提供了可靠依据。

破碎岩质边坡排水隧洞效果监测分析

通过实际工程,研究降雨量、地下水位、排水隧洞流量的监测数据资料。对比实施地下排水工程措施前后滑坡体的地下水位监测结果,表明破碎岩质边坡中采用地下排水隧洞,可使坡体中的地下水位明显下降。分析坡体地下水位与降雨的相关性,表明所研究滑坡的地下水位上升一般滞后于降雨过程,但在有前期降雨积累时,后期的强降雨可能即时提高边坡地下水位而诱发滑坡。排水隧洞流量与降雨过程关系分析结果表明,各时段的排水隧洞流量变化与降雨过程基本同步,并且当降雨量大于某个阀值时,才会引起排水隧洞流量的变化。分析对比排水隧洞流量和坡体地下水位各自的变化过程,可以发现,降雨首先是引起排水隧洞的流量增加,而坡体地下水位上升有一定的时间滞后,即排水隧洞流量增加先于地下水位上升,表明排水隧洞的排水作用能有效地降低一次降雨过程可能引起的地下水位上升的最大高度。研究结果表明,在破碎岩质边坡中实施地下排水隧洞措施是合理有效的,对类似边坡的防灾治理可提供借鉴。

超大跨度悬索桥隧道锚承载特性的岩石力学综合研究

针对四渡河特大桥宜昌岸隧道锚承载特性问题,采用基于岩石力学的综合研究方法,从围岩地质与力学特性、隧道锚1∶12实体模型试验及隧道锚承载特性数值分析等方面,对隧道锚与围岩岩体变形机制、时效特征及超载安全性等方面开展系统研究。结果表明,通过岩石力学试验及基于实体模型试验获得的隧道锚围岩弹塑性及流变参数符合实际;在设计水平下,隧道锚锭围岩变形在mm级水平;隧道锚极限抗拉拔力≥7.6倍设计载荷,满足锚固安全系数>4.0的设计要求;实桥隧道锚碇的长期安全系数≥2.6。通过工程实际施工过程中的监测实施,对研究成果和结论的合理性进行验证。研究技术路线及成果可供山区类似桥梁建设借鉴。

高陡岩质桥隧工程边坡稳定性评价及工程支护措施

依托大理-瑞丽铁路澜沧江大桥桥隧工程边坡,通过大量的工程支护处理措施研究,探讨桥遂工程边坡稳定性分析及工程支护处理方法。在查明坡体结构、建立坡体地质模型的基础上,利用三维数值模拟和强度折减法对桥遂边坡进行稳定性分析评价,同时考虑桥梁结构建设和两岸遂道开挖施工对坡体稳定性的影响。对岩质边坡存在的受软弱结构面控制的整体稳定性问题和浅表层局部碎裂岩体的稳定性问题,分别采用不同的支护措施。岩质边坡稳定性分析应以建立工程地质模型为基础,边坡支护设计应与工程结构建设相结合,信息互馈,动态设计,以确保工程边坡的稳定性。

崩塌松散围岩隧道施工稳定分析与监控

崩塌松散围岩隧道施工中常遇到山体整体稳定和掌子面塌方等技术难题,结合桑州岭隧道工程,对浅埋隧道的锚杆加固进行理论分析,对隧道开挖过程中山体稳定进行监控,并对掌子面塌方进行了成功预报,指出松散围岩中蓄水层对掌子面稳定的影响,所得结论对崩塌松散围岩的施工有较好的指导意义。

倾斜荷载下高陡边坡桥梁基桩内力计算

高陡边坡上桥梁基桩既要承受来自上部轴向与水平向的荷载作用,又要抵抗桩侧滑坡推力,具有承重与阻滑双重功能,其受力性状远比抗滑桩利平地上两侧无坡度的单一倾斜受荷桩要复杂得多。在考虑高陡岩质边坡滑坡推力的基础上,根据现场试验得到岩质边坡滑坡推力分布应为两端小、中间大的抛物线形式的规律,提出桩后岩质边坡滑坡体推力按抛物线分布荷载计算模型,进而提出适用于高陡边坡桥梁基桩内力及位移分析的有限差分解,并结合湖南邵怀高速公路K83+745桥梁基桩实测数据分析表明理论与实测结果吻合良好,所提出的针对高陡边坡桥梁基桩内力及位移计算的有限差分法是可行的,深入探讨高陡边坡桥梁基桩内力及位移计算对于推广其工程应用具有理论和工程应用价值。

厦蓉高速公路某隧道洞口段开挖对仰坡变形影响的数值分析

针对一座浅埋偏压隧道,采用FLAC3D对该隧道进口段进洞开挖进行动态施工三维数值模拟。基于围岩应力分布特征,仰坡坡面轴向和横向位移的变化特征,分析了偏压浅埋隧道洞口段开挖引起的仰坡变形规律。计算结果揭示:仰坡后缘下沉,前缘向洞心外有移动趋势;隧道开挖引起隧洞洞身附近岩体出现较大应力集中和变形现象,洞口段洞身以上仰坡坡面主要以竖向沉降为主,洞身两侧向洞内挤压。在此基础上提出了保证仰坡稳定和安全进洞的一些建议。

唐家塬隧道穿越滑坡段的综合整治技术及评价

研究目的:以西宝高速公路唐家塬隧道为工程背景,探讨隧道穿越滑坡段的变形与围岩压力分布情况。在滑坡稳定性分析的基础上,提出针对性滑坡体综合整治措施;采用多方位的监控量测措施全程监控隧道开挖施工扰动对滑坡体变形的影响,并对滑坡体和隧道的稳定性进行评价。研究结论:(1)唐家塬隧道开挖前期,滑坡基本稳定,掌子面推进到距离监测断面50 m处,滑坡体变形增大,且掌子面到达监测断面时,监测点位移变化速率最大,随着隧道支护和抗滑桩加固作用的发挥,在掌子面推进到距离监测断面30 m后,滑坡基本恢复稳定;(2)监测初期,由于滑坡和地形偏压的影响,围岩压力显著增大,随着隧道支护作用的加强,逐渐趋于稳定,且围岩压力和地表沉降出现明显不对称现象;(3)本文探讨穿越滑坡段隧道施工与其相互影响,提出综合整治方案,并开展隧道的变形与围岩压力监测,其对类似工程选线、整治具有一定借鉴作用。

强震崩塌岩体冲击桥墩动力响应研究

雅(安)—泸(沽)高速公路YK136+097西冲特大桥16#桥墩岩质边坡发育的陡倾坡外结构面与风化卸荷裂隙构成倒悬危岩体。该区属高地震烈度区(VIII度),运用非连续变形数值分析(DDA)方法,对危岩体在强震作用下的失稳模式、破坏规模、运动轨迹及对桥墩冲击的动力响应进行模拟研究。演进过程如下:强地震力作用产生放大效应,使突出山梁部位岩体首先震裂、抛掷,接续为中下部岩体沿卸荷拉裂面溃崩解体,滑体进而沿主控结构面整体滑塌、冲击桥墩。统计分析坡体及桥墩监测点位移大小和变化特征,表明桥墩上各监测点位移与地震节律呈正相关,在失稳岩块撞击及堆积岩体推挤作用下,系梁与桥墩顶端变形及永久位移较墩身其他位置大,这一过程与"5·12"汶川地震滚石冲击桥梁破坏现象吻合。在对坡体及桥墩变形量化分析基础上,依据强震触发崩塌特征提出了桥梁边坡危岩防治方案。

桥隧邻接工程多源损伤室内模型试验研究

对Ⅳ、Ⅴ级围岩条件下的桥隧邻接工程,由于施工过程中桥、隧、岩的相互作用或运营中的汽车荷载及其冲击作用的影响而产生的力学行为、作用效应等进行了系统的室内模型试验研究,结果表明:桥隧邻接施工过程对桥、隧结构各部位的受力、变形、位移、沉降以及洞口围岩的压力、沉降和稳定性等均产生很小的影响;但桥头邻接端的汽车荷载及其冲击作用易使桥梁跨中、邻接端及隧道洞身产生较明显的沉降,并使桥头桩基础顶部产生一定的水平位移。因此,应对桥梁的各关键部位及桥头斜坡岩土体等采取局部加强措施,或减小桥梁跨径,加大邻接长度,避免过大的汽车荷载并减小汽车冲击影响等,防止桥梁各关键部位因不利作用而损伤甚至破坏,避免桥头桩基础产生过大沉降或斜坡岩土体出现失稳、滑坡等病害。

傍山隧洞爆破对结构面边坡振动效应的影响研究

为研究傍山隧洞爆破对含软弱结构面边坡的振动效应,基于平面有限元分析,对隧洞紧邻边坡的振动效应进行了分析。结果表明:不论是均质边坡还是结构面边坡,振速主要受爆心距的控制,在沿高程方向振速总体呈衰减趋势,局部部位出现高程放大现象;对于结构面边坡,由于结构面对波的反射叠加作用,在结构面位置处会发生突然上升后减小的现象,爆破监测中应重视结构面处的测点;结构面厚度越大,坡面振速峰值越大;结构面充填物材料参数性能越差,对应力波的反射和吸收就越多,坡面振速峰值越大;结构面起始位置高程越小,边坡坡面振速峰值越大;不同角度的结构面与坡面或坡顶等临空面形成几个界面,对波造成反射和折射现象,使得波的叠加增强,尤其体现在顺倾角度的结构面边坡。

隧道径向锚钉-斜交锚杆复合支护技术研究

基于长短锚杆组合支护理论,提出了一种隧道径向锚钉-斜交锚杆复合支护技术,该技术可提高支护结构的整体抗力,有利于缩小围岩塑性区半径,增加锚杆处于稳定围岩区的长度。为进一步研究锚钉和锚杆的组合长度,将隧道围岩划分为A、B和C三区,并把锚杆作用在围岩体内的剪应力简化为环向边界应力,运用厚壁圆筒弹塑性理论推导了锚钉和锚杆组合长度计算式。实例分析表明,0.8m(锚钉)和3.8m(锚杆)的组合长度可以使隧道塑性区半径降低28%,锚固盲区减小88.8%。可见,在隧道长短锚杆组合支护理论中,该计算方法对围岩锚固体长度参数设计有一定指导意义。

基于极限平衡法的金川泄洪洞稳定性分析

以金川水电站泄洪洞进口边坡稳定性分析为目标,基于三维极限平衡法,考虑金川水电站泄洪洞进口边坡附近的四组优势结构面之间不同组合形式和不同排列次序,利用赤平投影原理对优势结构面进行定性分析并利用极限平衡法进行定量分析;基于二维极限平衡理论和方法,对泄洪洞进口边坡在开挖、蓄水、蓄水+暴雨+设计地震、蓄水+暴雨+校核地震4种工况下的稳定性进行分析。计算结果表明,三维稳定性分析中楔形体按倾向和倾角分别为336°∠60°、75°∠33°和237°∠65°的结构产状组合时,所产生的楔形体在开挖、饱水、设计地震、校核地震四种工况下的安全系数最低达到1.90,但仍符合设计规范要求。二维稳定性分析中,在蓄水+暴雨+校核地震工况下,边坡安全系数最低达到1.368,开挖扰动后变形体的强度能满足工程要求。对比两种分析方法,三维稳定性分析得出的安全系数均大于二维稳定性分析得出的安全系数,说明二维极限平衡法计算的结果更加偏于安全,但是同时也会增大工程的造价。

多向地震作用下软弱围岩桥隧搭接段动力响应试验

为探明多向地震作用下软弱围岩高速公路桥隧搭接段的地震动力响应特性,开展尺寸比例为1:50的振动台模型试验,以汶川波作为试验加载地震波,在不同加载方式下,测试桥隧搭接段各测点加速度放大系数值,分析其纵向、横向和竖向的加速度响应特征,并明确不同方向的地震波对桥隧搭接段结构的影响。结果表明:横向地震波引起的加速度响应普遍大于竖向地震波;纵向和横向双向耦合方式下加速度响应普遍大于其他耦合方式的加速度响应;双向地震耦合引起的纵向和横向加速度响应均大于单一方向的加速度响应。

港珠澳大桥岛隧工程大圆筒结构边坡稳定分析

港珠澳大桥岛隧工程人工岛工程采用带副格的插入式大圆筒作为岸壁围护结构,同时外侧辅以抛石斜坡堤进行防护。针对岸壁结构整体稳定,进行了从施工期到使用期的全寿命分析。对于施工期,结合施工工序确定对结构稳定最不利的四种工况;对于使用期,考虑了大圆筒腐蚀对结构稳定的影响,并分别采用港口工程地基计算系统和Geo Studio-Slope/W两种软件进行对比计算。经稳定性验算,岸壁结构的圆弧滑动稳定性符合相关规范要求且有较大富余,满足了使用要求,同时也为类似工程提供借鉴。

工程建设中的岩土工程问题与研究

本文分析了岩土工程在工程建设中的重要地位，并分别就岩土地基、岩土边坡、岩土洞室和岩土支挡等方面当代研究的主要课题及其发展趋势作了简要的考察。

岩体工程地质力学在水电水利工程勘察中的应用

应用谷德振先生的岩体工程地质力学理论,重视区域地质构造体系、重视收集地质基础资料、重视岩体结构的研究。在此基础上开展高拱坝、高重力坝、深埋长隧洞、地下厂房、抽水蓄电站的工程地质勘察和编制相应的地质勘察规范。

含小净距隧道岩石边坡地震动力响应特性研究

采用有限元分析软件建立一个通过大型振动台模型试验验证的边坡动力数值分析模型,研究了地震作用下含小净距隧道岩石边坡的动力响应规律,探讨了隧道结构对边坡动力响应规律的影响。结果表明:1)边坡加速度峰值放大系数沿坡面向上呈现出先减小后增大的非线性变化特征,存在临空面放大作用,边坡会改变输入地震波的频谱成分,对高频段地震波存在滤波作用,对低频段地震波存在放大作用;2)因小净距隧道的存在,含小净距隧道边坡的坡面加速度分布较无隧道边坡表现出明显的非线性高程特性,其坡体最大水平和竖向位移总体上小于无隧道边坡;3)强震作用下坡顶和结构面附近水平位移最大,两隧道中夹岩处及偏压侧隧道左侧拱脚处易发生拉裂破坏和剪切破坏。试验研究结果对含小净距隧道边坡抗震设计及其地震动力反应特性的研究有一定的指导意义。

大工程建设项目的若干印记

简要介绍了笔者和所在团队多年来在参加国家重大工程建设项目中从事科学研究的基本情况和所取得的若干成果.文内所述及的工程项目,含长江三峡工程、南水北调工程、上海市崇明越江盾构法特大型隧道工程及港珠澳大桥岛隧沉管工程等.以上各项研究成果均已提供有关部门采用、参考,取得了可观的技术效益和经济效益,对提高学科理论水平也有重要价值.