Water shutoff model test in water-rich sandy stratum by phosphoric acid-water glass grout

The rheological behavior of phosphoric acid-water glass grout in different mixing ratios was studied. Grout made of water glass with Baume degree of 20° and 13.4% phosphoric acid by 1:1 volume ratio is found to be more effective in stopping water. Laboratory model test of water shutoff by grouting was conducted. Test results show that the diffusion length and water cutoff effect of the grout are significantly improved as the grout head is raised, due to the dilution of underground water, and it takes the grout longer than its gel time to cut off water.

成都平原浅层天然气高瓦斯隧道抽排性能评价

针对浅层天然气工区高瓦斯隧道盾构施工难的问题,借助工程实例,采用理论分析、数值模拟和现场试验的方法,分析了成都平原浅层天然气抽排性能的影响因素,确定了研究区的有效抽排半径和抽排时间。结果表明,当裂隙渗透率为39 mD、瓦斯压力为0.31 MPa时,研究区浅层天然气高瓦斯工区的有效抽排半径为5 m、抽排时间为60 min,与煤层瓦斯的抽排参数差异巨大;抽排负压对抽排流量影响较大,对有效抽排半径影响较小;抽排流量和有效抽排半径与地层初始渗透率的变化呈现正相关关系。

黏性地层盾构刀盘泥饼固结硬化试验研究

盾构在黏性地层中掘进时刀盘容易出现结泥饼问题,严重时堵塞刀盘降低盾构掘进效率,影响施工安全。渣土粘附在刀盘的过程中伴随着泥饼的固结硬化,为探明盾构刀盘泥饼固结硬化的影响因素,通过自制的刀盘掘进模拟装置开展了室内试验,研究了土体性质、温度、刀盘土压力与泥饼固结硬化特征之间的关系,进行了渣土改良实验,探究了不同改良剂对泥饼固结硬化程度的影响。结果表明:泥饼的含水率与锥入深度可以表征泥饼的固结硬化特征;土体的性质对掘进后刀盘形成泥饼的固结硬化程度影响最大,温度次之,刀盘土压力对泥饼的固结硬化程度存在地层差异性;泡沫剂对纯黏土与含砂黏土泥饼的固结硬化作用改善效果明显,分散剂则仅在纯黏土中存在明显作用。

超深大直径旋喷桩垂直度检测及控制研究

旋喷桩施工深度的增加不仅意味着地层条件更加复杂,也给旋喷桩的垂直度控制增加难度。以某锚碇区域深层地基处理项目为例,结合超深大直径旋喷桩施工关键质量控制手段,同时引入自寻北光纤陀螺仪垂直度偏差检测技术,对旋喷桩施工不同阶段的垂直度检测以及控制措施进行了分析。在分析深层超高压旋喷桩垂直度的影响因素的基础上提出了不同施工阶段旋喷桩垂直度的控制措施,旋喷桩垂直度受引孔施工和旋喷施工两个过程影响,具体影响因素包括地层条件、引孔机械及配套设备、引孔钻进工艺以及旋喷钻杆等多个方面,由此提出了一系列的针对性措施。试验结果表明,多种手段的结合能够有效使得深层地基加固旋喷桩施工垂直度达到设计要求以及质量控制指标。

岩溶地层大断面隧道浅埋暗挖施工对围岩稳定性的影响

以太焦铁路南坡隧道工程为基础,在岩溶地层中大断面隧道浅埋暗挖施工造成围岩失稳的判断依据基础上,设计选取围岩等级、埋置深度、溶洞与隧道的相对位置、溶洞直径4个参数进行正交试验,同时采用数值模拟与回归分析相结合的分析方法,探讨了各参数对安全厚度的影响,最终建立了溶洞与大断面浅埋隧道安全距离预测模型。研究结果表明:岩溶地层大断面隧道浅埋、暗挖施工时,溶洞与隧道的相对位置、隧道的埋置深度、溶洞直径、围岩等级4个参数对溶洞与大断面浅埋隧道安全距离的影响逐渐增大。安全距离与围岩等级呈负相关,与溶洞所在位置呈正相关,与隧道埋置深度呈正相关,与溶洞直径呈正相关。预测的可靠性通过工程实例得到验证,说明提出的安全预测在之后的工程设计中具有借鉴价值。

近距离多煤层下行重复采动覆岩变形与裂隙演化特征研究

随着地壳浅部易采煤炭资源的逐渐枯竭,复杂地质条件下的多煤层开采将成为新常态。由于多煤层开采对上覆岩体造成极大的重复扰动,导致覆岩的垮落、移动与裂隙演化规律相较于单一煤层开采更加复杂。为了研究多煤层下行重复采动条件下覆岩变形与裂隙演化特征,本文以陕北神府矿区张家峁煤矿4^(-2)煤层、4^(-3)煤层、4^(-4)煤层、5^(-2)煤层开采为研究对象,进行了几何相似比1∶100的相似模型试验和UDEC数值模拟研究。张家峁煤矿四层煤层下行重复采动物理相似模拟和数值模拟分析结果表明,周期来压步距随下行开采呈逐渐减小的规律,冒落带高度与煤层厚度正相关,4^(-2)煤层开采后导水裂隙带贯穿至地表,4^(-3)煤层、4^(-4)煤层、5^(-2)煤层开采结束后,导水裂隙带均贯穿层间覆岩。顶板围岩在反复拉伸、挤压作用下,破碎程度逐渐增大,且多为未闭合裂隙。研究结果可以为多煤层开采条件下的顶板管理和开采设计提供理论层面的参考和指导。

软弱破碎岩层浅埋隧道地表注浆加固

以于都1号隧道工程项目为依托,在穿越地层断裂带、周边围岩松散、自稳定性能差、埋深约39~58 m、长度155 m软弱围岩段,研究软弱地层中浅埋隧道地表注浆加固技术措施,对注浆前后岩层进行取芯对比、超前钻探及掌子面地层揭示对比、地下水量对比等,表明地层加固效果良好。

砂卵石地层隧道拼装型支护结构受力与变形

为更好地控制砂卵石地层隧道在矿山法施工时的变形与地表沉降,提出一种基于钢管混凝土承载原理可快速施工的拼装型复式支护结构。在模型试验的基础上,采用数值模拟的方法对不同埋深及不同地层条件下复式支护结构的承载性能进行了研究。结果表明:相较于锚喷支护,复式支护结构可以显著改善隧道的地表沉降、拱顶下沉、周边收敛以及受力情况;复式支护结构在10 m、15 m和20 m埋深下对于控制地表沉降、拱顶下沉、周边收敛、隧道变形速率以及结构应力方面均表现良好,工作性能与埋深无明显相关性;复式支护结构在稍密、中密和密实砂卵石地层中均有良好的效果,在稍密地层中相较于锚喷支护可减少51.22%的地表沉降。

基于透明土的盾构隧道突水涌砂灾变发展试验研究

针对饱和砂土地层盾构隧道施工中的突水涌砂灾害问题,以上海市轨道交通某盾构区间为研究背景,将自主研制的灾变可视化试验模型与透明土技术相结合,对砂土地层隧道顶部结构破损灾变过程的土体流动形态、土颗粒位移速度场进行试验研究。结果表明:1)盾构隧道突水涌砂灾害发生后,隧道裂隙孔口上方部分区域的土颗粒密实度减小,砂土发生剪切破坏。2)在灾变前期,土颗粒竖向位移场呈椭圆状等值线分布,颗粒位移速度随与隧道中心水平距离的增加而非线性地衰减,当隧道埋深为2D(D为隧道直径)时,水平向影响范围为3D。3)随着灾变的发展,土颗粒位移速度先增大后减小,涌入隧道内的砂水混合物中土颗粒的体积分数占比持续减少,最大程度地还原了隧道突水涌砂后期的灾变现象。

复合地层稳态渗流水头损失计算模型试验研究

研究预测复合地层渗流过程中水头损失变化规律与简化计算,针对不同类型的复合地层进行稳态渗流条件下的水头损失简化计算模型试验。结果表明,复合地层渗流过程水头损失明显受到地层交替分布影响;粗粒土复合地层按照渗透系数较大的土层向渗透系数较小的土层方向连续渗流,水头损失大小采用达西定律简化计算;渗透系数小的粉质黏土层若是位于复合地层的上层或是中层,可能出现渗流的不连续,甚至是水头的消失,水头损失大小由渗透系数最小的地层控制简化计算;位于大厚度粉质黏土层下的饱水地层,水头损失从粉质黏土层临界面以下土层进行重新简化计算。

临海富水地层地铁隧道施工降水试验研究

以深圳某地铁隧道临海富水砂层段为背景,通过现场工作面附近布设试验降水井,研究地下水位变化及补水关系,根据现场降水试验结果,运用降水理论公式估算临海段地层渗透系数、涌水量,分析了海水与隧道施工区域地下水连通对施工涌水的影响。研究结果表明,临海富水地层地段施工降水易引起海水补给场区地下水,隧道施工期间需采取注浆加固等堵水措施,确保地铁隧道施工质量、安全。

地质条件及埋管形式对地埋管换热器换热性能影响研究

利用北京市35个现场换热孔岩土热响应试验数据,分析了地质条件和埋管形式对地埋管换热器换热性能的影响。研究结果表明地质条件对地埋管换热性能具有显著影响:地层初始平均温度每变化1℃,换热能力相差8%左右;基岩地层的地埋管换热能力平均比松散层高35%;换热孔处地下水流速从0.14 m/d增至0.91 m/d,Pe值从18增加至113,由于热对流换热作用加强,延米换热量提升13%。在相同地质条件下,套管式换热器冬季延米取热量比双U型换热器高约40%;换热深度从150 m增加至300 m时,双U型和套管式换热器延米取热量均略有升高。

强透水地层基坑降水对渗透变形和沉降安全的影响分析

为解决二元结构强透水地层基坑降水可能引发的渗透变形和地面沉降问题,以西霞院水利枢纽输水及灌区工程渠首倒虹吸段开挖基坑降水工程为研究对象,开展现场微水振荡试验和室内试验,根据勘察资料和试验结果获取研究区的水文地质参数。提出以明渠排水为主、明渠排水与防渗帷幕相结合的两种降水方案并进行基于GMS的Drain数据包数值模拟,验算不同方案下基坑渗透变形情况,同时对西北侧邻近的西霞院水利枢纽堤坝沉降安全进行分析。结果表明:两种降水方案均不会引发渗透变形和地面沉降破坏,其中明渠排水与防渗帷幕相结合的方案更适用于渗透性强、与河流水力联系密切的二元结构地层基坑降水。

超载作用下土岩复合地层盾构隧道变形及破坏特征模型试验研究

地面突发堆载诱发运营期内地铁隧道病害的案例屡见不鲜,广州地区地铁隧道建设中常遇洞身上部为软土、砂层,下部为硬岩的土岩复合地层。目前对于局部超载作用下,土岩复合地层中盾构隧道变形与破坏特征并不明确,现行加固标准对于该种特殊地层的适用性也亟待验证。通过1︰5的土箱模型试验,探究不同硬岩比的土岩复合地层中隧道在正上方局部超载作用下的变形规律和破坏模式。试验结果表明:地层硬岩比对局部超载下盾构隧道的位移发展及其分布影响显著,结构的临界失稳荷载等级随着硬岩比增大而提高,结构破坏椭圆度随之减小,硬岩比的增大加强了结构外部围岩的约束作用,显著地控制了隧道椭变,但约束的加强也使结构呈现脆性性状,位移发展速率出现明显突变点;硬岩限制了其范围内管片的内力发展,且土岩交界面上部邻域管片产生应力集中现象,结构首先在此区域发生破坏,且常以贯穿式裂缝形式发展,随着硬岩比增大,结构呈崩角、劈裂等脆性破坏形式;隧道拱顶附加土压力会随结构失稳进入下降阶段,且随着硬岩比增大,软土压缩对地表超载的分散效应减弱,进而导致隧道拱顶附加土压力对地表超载更加敏感;将试验数据与现行加固标准对比分析,发现现行加固标准不适用于高硬岩比土岩复合地层中盾构隧道。研究成果可为加固标准结合地层因素优化提供理论支撑。

堆载作用下土岩复合地层隧道坍塌特征及演变规律研究

受地面堆载作用影响,城市地铁隧道易发生坍塌事故。结合特定的土岩复合地层,明确隧道坍塌演变及其特征规律是隧道坍塌防控的前提和基础。通过模型试验及数值模拟,研究了堆载作用下不同土岩比的复合地层隧道坍塌演变及特征规律,并得出以下结论:1)模型试验过程表明,隧道坍塌呈现为连续破坏、渐进破坏,其动态演绎为岩层拱腰及拱顶松动塌落—岩层顶板剪切断裂—土层连续拱形坍塌—土层塌穿至地表;2)土岩复合地层坍塌最终形态呈“漏斗”形,岩层破裂区域狭窄且近似与水平面垂直贯通,土层破坏区域开口扩大;3)结合模型试验过程,统计分析了隧道坍塌特征并得出规律——土层、岩层破裂角均随岩跨比增大而减小,土层、岩层破裂口径均随岩跨比增大而增大;4)借助离散元模拟PFC,验证了模型试验破坏过程的合理性。通过对土岩复合地层坍塌演变规律的探索与讨论,以期为隧道的坍塌防控提供参考。

新型注浆材料加固基坑粉细砂力学性质及影响因素分析

城市地下工程施工中,富水基坑边坡粉细砂地层稳定性较差,易出现涌水、涌砂等地质灾害。为研究富水基坑边坡粉细砂地层加固防渗技术,室内利用聚氨酯(PU)和粉煤灰材料制备了新型PU/粉煤灰注浆材料,并对新型注浆材料注浆加固的粉细砂结石体展开了力学试验和细观特征观察。试验结果表明:(1)养护龄期越长,结石体的抗压强度则越大。当粉煤灰掺量为10%、养护龄期为12 h时,结石体的抗压强度最大,达到6.89 MPa;(2)浸水后注浆结石体的抗压强度明显变低,试件的抗压强度与浸水时间之间成负指数关系。当浸水时间为9 d时,粉煤灰掺量为10%的注浆结石体抗压强度最大,此时其抗压强度为3.55 MPa;(3)含水率越高,则注浆结石体的内部结构越松散;而当水解时间达到9 d后,注浆结石体内部产生了大量的裂隙,结石体内部结构破坏严重,因此结石体的力学性质变差。

富水砂卵石地层动水注浆模型试验

在富水砂卵石地层注浆治理中,由于浆液扩散规律不明导致突涌水及坍塌事故频发。注浆模型试验是研究浆液扩散规律的有效手段。以北京地区富水砂卵石地层为研究对象,自主设计了动水注浆模型试验,基于均匀设计法研究了水泥浆在注浆压力、水流速度、水灰比和地层渗透系数共同影响下的浆液空间分布形态及扩散规律。结果表明:浆液在富水砂卵石地层中呈椭球状、球状或柱状形态渗透扩散;多元线性回归分析发现,注浆压力、地层渗透系数、水流速度、水灰比与浆液扩散距离是幂指数函数关系;单因素分析发现,地下水阻碍了浆液逆水流向和垂直水流向的扩散距离。在此基础上,提出了注浆孔布置的建议。

基于静力推覆试验的山岭隧道衬砌-地层相互作用机制研究

随着我国交通强国建设向西部丘陵重山地区推进,地震作用下山岭隧道衬砌与地层的相互作用机制愈发受到关注。以常规二车道公路隧道(V级围岩段)为原型,开展山岭隧道静力推覆模型试验,重点分析地层位移、地层应变、围岩压力随推覆距离的变化规律,探讨了衬砌-地层相互作用机制。试验结果表明:衬砌-地层相互作用可分为挤密、倾覆、裹挟3个阶段。倾覆阶段地层以起拱线为支点环向绕流,裹挟阶段地层带动衬砌发生整体位移。起拱附近线地层以径向挤压为主,形成挤压变形区,拱肩附近地层则以环向挤压为主,形成滑移变形区。左右两侧围岩压力的响应规律恰好相反,即右侧挤压区的围岩压力较左侧大,而右侧滑移区的围岩压力较左侧小。研究成果可为基于反应位移法的山岭隧道抗震计算提供试验依据与技术支撑。

隧道施工对地层及建筑物影响的模型试验研究

通过物理模型试验,分析隧道开挖对地层位移及上覆建筑结构的变形规律。建筑物自重对地表沉降存在影响;平行于隧道开挖方向出现“剪切层”,对桩基产生剪切作用,在位移值最大处极其容易出现裂缝;隧道开挖产生不均匀沉降使得建筑结构重心位置改变,造成结构产生一定倾斜,使得地板应力分布不均,进一步增大不均匀沉降,建筑两端向中间偏移。

全断面花岗岩小净距盾构洞通掘进技术

目的:深埋大断面盾构在硬岩地层小净距并行盾构隧道的掘进过程中容易产生安全质量事故,盾构洞通接收阶段是掘进阶段的终止工序也是管控重点,需要在设备选型及施工过程控制中采取相应措施以防范事故发生。方法:采用了技术对比分析的方法对广州花岗岩地层小净距地铁隧道盾构接收施工实践进行研究,归纳总结了小净距硬岩地层深埋隧道盾构施工中的常见问题,并指出须从盾构刀盘选型、大埋深洞通涌水控制技术、小净距控制技术及盾构掘进控制技术(方向控制、姿态控制、纠偏控制、洞通参数控制)等方面采取技术措施。同时,结合广州地铁18号线陇枕出场线和横番5~7号盾构井右线隧道的工程特点及其掘进数据等开展工程实践。结果及结论:通过应用上述技术控制措施,在广州地铁18号线实践过程中较好地完成了盾构洞通接收。其实践经验可有效减少或解决硬岩地层深埋隧道盾构接收施工中的常见问题。