深埋软岩隧洞围岩及衬砌变形规律和应力特点研究

以甘肃白龙江工程为例,利用MIDAS GTS NX有限元软件,模拟工况毛洞开挖+管片支护+锚杆支护,分析围岩、管片、注浆层的变形及应力。通过与实际工程的对比分析,结果表明,在该工况下的围岩变形及应力符合工程安全要求,注浆层和管片的变形在规范规定的合理范围之内。根据第四强度破坏准则,管片最大主应力符合安全要求。

综放工作面软底沿空留巷围岩控制技术研究

针对综放工作面软底沿空留巷变形严重的难题,以古城煤矿S1303辅助进风巷为研究对象,采用现场调研、数值模拟和现场试验等方法,分析了综放工作面软底沿空留巷变形异常特征,模拟研究长综放工作面软底沿空留巷应力变化规律。模拟结果发现:距实体煤约7.5m处存在应力峰值,以此确定分段扩孔技术有关参数;根据巷道围岩整体变形呈现明显非对称性特点,并提出“控顶-限帮-让底”为核心思路的围岩分区协同控制技术;通过工业性试验结果,认为该技术的支护效果较好,提高了沿空留巷的整体稳定性,可实现对软弱煤层底板的高效处理,对类似条件软底沿空留巷具有一定借鉴意义。

浅埋综放工作面迎采掘进沿空巷道围岩控制技术研究

针对浅埋煤层迎采掘进沿空巷道围岩应力环境复杂,围岩稳定性差,常规支护手段控制巷道围岩变形收效甚微现状,以镇城底矿22213工作面为工程背景,分析了浅埋综放工作面矿压显现基本规律,基于迎采掘进巷道与上区段回采工作面间的空间关系,揭示了迎采掘进沿空巷道围岩控制的关键在于有效控制采动影响阶段和采空区动压影响阶段的巷道围岩变形。通过留设合理宽度煤柱、实施迎采掘进沿空巷道围岩动态分段控制以及构建巷道围岩浅部-深部承载圈等方式,综合提出了迎采掘进沿空巷道围岩控制技术,有效构建围岩浅部-深部承载结构,维持巷道稳定。

水工隧洞Ⅳ类围岩拱架段爆破开挖超挖控制

爆破开挖是水工隧洞开挖中最常见的开挖方法之一,由于隧洞开挖围岩岩性的不确定性,通常围岩岩性较差时,需要采用钢拱架、锚网喷联合支护。为确保施工安全,钢拱架支护要求紧跟掌子面,由于钢拱架的影响,隧洞开挖时,周边孔钻孔角度与隧洞轴线形成夹角,隧洞成型开挖超挖控制难度增大,易造成孔底部位超挖增大。控制隧洞开挖成型质量、减少超挖对工程成本控制有着重要意义。如何减少孔底超挖,成为工程亟待解决的问题。

柴北缘东段及周缘侏罗系发育特征及其对构造活动的响应

为研究柴北缘东部及周缘侏罗系发育特征及其对构造活动的响应,笔者等基于柴北缘东段红山、霍布逊及德令哈凹陷侏罗系野外地质调查,通过地层接触关系追踪、二维地震资料解释以及岩性岩相突变特征分析,同时与中国西北地区其他典型的盆地侏罗系发育特征进行对比分析,研究表明,在中国西北多个板块的相互作用的构造背景之下,柴北缘东段燕山期构造运动Ⅰ幕发生在早—中侏罗世,以古地理与古构造环境较为均一、发育粗碎屑凹陷、每个凹陷内具有幕式沉积充填特征,与中国西北其他盆地对比,此幕构造运动波及面大,但强度较弱,推测与中国西北周边各板块碰撞造山之后的伸展作用相关;燕山期构造运动Ⅱ幕发生在晚侏罗世—早白垩世,此幕构造运动导致古地理与古构造环境向新的环境转变,以中—上侏罗统之间的角度不整合、白垩系及晚侏罗统的残缺不全为特征,推测与拉萨地块与欧亚板块碰撞以及蒙古—鄂霍茨克洋的关闭及Kolyma—Omolon地块的碰撞有关。

铁路隧道穿越茂汶—汶川活动断裂段施工技术研究

隧道穿越活动断裂会对工程结构和铁路运营安全带来较大影响。断裂段施工难度大,且断裂活动易引发强震,如何抵御这种强震是铁路隧道建设中面临的主要难题之一。以成兰铁路茂县隧道穿越后龙门山断裂茂汶—汶川活动断裂段为研究对象,通过理论分析、数值模拟及现场实践等研究手段,对其断层错动性、断层节段设计、衬砌结构及变形缝等设计和施工方面进行分析,分别从设计及施工层面提出“小节段设计”理念及“大净空强支护衬砌环+组合宽变形缝”技术措施,实现对断裂带范围内围岩变形速率的全面有效控制。最后,结合现场实际情况,探讨隧道穿越活动断裂带的主要施工技术及其安全质量控制要点,针对性地提出控制隧道围岩稳定性对策,总结形成一套具体可实施的设计和施工经验,并进一步验证了所提设计施工理念的适用性。研究结果优化了同类相似工程施工工艺,强化了隧道短台阶及快速闭合成环管控,可为相似工程施工提供参考与借鉴。

层状围岩中管片衬砌受力特征的模型试验研究

深部层状围岩结构强度具有各向异性特点,此类地层中修建盾构隧道,管片衬砌易受偏压作用,对结构安全构成挑战。开展层状围岩与盾构管片衬砌相互作用关系的相似模型试验研究,研究不同层理倾角下管片衬砌壁后围岩压力、管片衬砌内力和变形分布规律。研究结构表明：管片衬砌受力和变形特征受层理面控制明显,管片衬砌受力极不均匀,弯矩、轴力和变形呈现非对称分布;管片衬砌壁后围岩压力最大值集中在强度最弱的层理面法线方向,该方向上管片衬砌的弯矩最大,轴力最小,变形最大;层理倾角对管片衬砌的受力和变形影响显著,层理倾角不仅影响管片衬砌壁后围岩压力分布形状还影响其量值大小;均质地层中,管片衬砌裂缝主要出在封顶块接头处和其他环向接头处,层状地层中管片衬砌裂缝出现位置受接头位置影响减弱,而受层理倾角影响明显,管片衬砌裂缝出现位置主要集中在层理面法向。研究结果对层状围岩中修建盾构隧道的支护结构型式设计具有一定参考价值。

蠕变作用下埋深对结构受荷特征影响分析--以广佛环线东环隧道工程为例

为研究在围岩蠕变作用下不同埋深软岩盾构隧道管片结构的受荷特性,以广佛环线东环隧道工程为背景,利用FLAC3D(fast lagrangian analysis of continua in 3 dimensions)有限差分软件建立了数值分析模型,采用改进的黏弹塑性蠕变本构(burgers-creep viscoplastic model, CVISC),分析了埋深对管片的位移、内力及与围岩的接触压力影响。结果表明:隧道初期开挖之后,顶部围岩沉降,底部发生隆起,考虑围岩蠕变效应后,管片衬砌发生整体沉降,隧道埋深越大,管片体整体沉降越发显著;随隧道埋深的增大,弯矩、轴力与接触压力均逐渐增大。围岩未考虑加速蠕变下,蠕变过程中管片衬砌的内力和接触压力的变化规律基本相同,有衰减蠕变和稳定蠕变两个阶段。

岩溶对地铁隧道围岩稳定性影响的数值模拟

以深圳某区间地铁建设为例,运用岩土隧道分析有限元软件MIDAS/GTS对其围岩稳定性进行了三维数值模拟研究。探讨了溶洞的不同分布位置、溶洞的尺寸及溶洞与隧道间的净距等因素,对地铁盾构施工过程中围岩稳定性的影响。结果表明,上述因素对隧道周边围岩的安全系数、变形、土层塑性区分布、土层中主应力的分布及衬砌管片的弯矩分布等均有较大影响。研究成果已应用于实际工程的建设中,对其他岩溶地区地铁施工有参考价值。

一种多尺度超像素显著性检测算法

针对采用区域间对比度检测图像显著性带来的涂抹效应的不足,提出一种超像素显著性检测算法。采用简单的线性迭代聚类超像素分割方法将图像分割成大小不同的区域。根据区域间对比度检测图像显著性区域,运用自适应中心环绕对不同分割尺度的显著图进行处理,消除显著图的涂抹效应,通过多尺度融合得到最终显著图。在数据集MSRA-1000上对该算法进行验证,结果表明,相比SEG,MSS等算法,该算法具有更高的查准率与召回率。

管片衬砌配合陶粒可压缩层支护结构型式的模型试验研究

提出一种适用于深部地层TBM工法隧道的管片衬砌配合陶粒可压缩层的让压支护技术,结合台格庙矿区TBM施工的长距离斜井工程,采用模型试验方法,从管片衬砌弯矩、轴力、变形、破坏特征对比分析陶粒和碎石可压缩层的让压效果,从可压缩层的压缩变形路径和颗粒移动特征角度揭示各自的让压机制。研究结果表明:陶粒内部蜂窝状构造使其具备高压缩性,压缩率是碎石的10倍;陶粒可压缩层的让压效果要优于碎石可压缩层;不等压地应力条件下,碎石可压缩层会在一定程度上减小管片衬砌负弯区的抗力系数,导致负弯矩偏大,负弯区裂纹数量和宽度增加。陶粒和碎石的形状和内部构造差异导致两者让压效果和机制不同,最终导致管片衬砌的内力和变形、破坏特征差异。陶粒可压缩层让压机制由相互嵌挤、错动移位和挤压破碎作用三部分组成;碎石可压缩层的让压机制由前两部分组成;不等压地应力件下,由于陶粒的圆形形状特征,其向地应力较小侧自由移位和挤压作用发挥程度要高于菱角状外形的碎石,这一特征不仅增加了陶粒的让压效果还会在一定程度上增大了地应力较小侧的地层抗力系数,改善了管片衬砌受力特性。研究结果对未来TBM工法修建深部斜井的支护结构型式设计具有一定参考价值。

深埋软岩盾构隧道围岩压力控制方法研究

以广佛环线东环隧道工程为背景,从盾构隧道动态施工全过程出发,参考考虑开挖面空间效应的二阶段分析方法,拓展盾构隧道施工全过程的两阶段分析方法,以此分别建立盾构隧道施工第一阶段和第二阶段分析模型,研究围岩蠕变过程中围岩应力释放率、填充层厚度、填充层弹性模量对大埋深软岩盾构隧道围岩和支护结构相互作用规律的影响。结果表明:(1)施工过程中可从两方面控制围岩压力,分别为第一阶段中围岩的应力(位移)释放率及第二阶段中管片和填充层的联合支护效果;(2)第一阶段,超挖量、盾壳长度及填充层滞后距离越大,围岩传递到管片衬砌上的荷载越小;(3)壁后填充层在管片衬砌与其的联合支护体系中能起到缓冲作用,使围岩传递到管片衬砌上的荷载更均匀;(4)壁后填充层的弹性模量存在临界值,其值在50~200 MPa范围内,当壁后填充层的弹性模量远大于此临界值时,能分担较多围岩压力,当其弹性模量小于临界值时,围岩能释放一定的围岩应力,以此减小管片衬砌所受围岩压力;(5)第一阶段应力释放率对管片衬砌变形和内力的影响程度在围岩的蠕变作用下有所减小,但填充层厚度及其弹性模量对管片结构的作用规律几乎不受围岩蠕变的影响。

分段锚预应力锚杆加固围岩力学分析

基于端锚锚杆支护的优越性和围岩破坏分区及破坏深度逐步向深部发展的规律,针对煤矿深部巷道采用加长或全长锚固锚杆支护时,锚杆的锚固段整体受力不均,抗剪切承载能力低,而端锚锚杆无法适应其大变形缺点的问题,建立了两段锚预应力锚杆支护模型。运用理论计算和数值模拟的手段研究了两段锚预应力锚杆锚固段的受力特征和承载能力,并进行了算例对比分析。结果表明:两段锚分区锚固的支护方式明显改变了加长或全长锚固锚杆锚固段的剪应力曲线变化趋势,使原本呈负指数变化趋势的剪应力曲线变得平缓,提高了锚杆锚固段的剪切承载能力;在相同预紧力作用下,与端锚锚杆相比,明显降低了锚杆锚固段的荷载和剪切应力;在不同预紧力下,两段锚预应力锚杆的两锚固段可分别起到围岩不同变形时期端锚锚杆的支护作用,继续发挥端锚支护的优越性。

盾构管片工作性能试验研究

根据某一地铁隧道盾构管片进行钢筋受力、变形、围岩压力等方面的现场测试结果,研究了盾构管片在不同工况下的工作特性。通过围岩压力、钢筋受力、弯矩等计算分析,将实测模拟计算结果与设计值进行了比较,得到了设计方法的合理性结论。

南水北调西线工程深埋长隧洞管片衬砌结构受力分析

地应力和地下水问题对深埋长隧洞衬砌的设计及施工具有重大影响。通过数值计算对南水北调西线工程深埋长隧洞管片衬砌结构进行了受力分析,研究了围岩变形及水压力对管片衬砌结构的影响。初步研究结果表明:约90%的洞段稳定性较好,围岩变形对管片衬砌结构影响较小,可采用管片衬砌;隧洞沿线外水压力较高,是影响衬砌设计的主要因素,应采取适当的排、堵措施降低外水压力对管片衬砌结构的作用。研究结果为南水北调西线一期工程隧洞衬砌设计提供了依据。

考虑围岩蠕变特性的TBM隧道管片衬砌受力特性研究

为研究深部高地应力岩层中修建TBM隧道时管片衬砌结构的力学行为,以某深埋TBM工法隧道为研究对象,建立基于围岩蠕变和管片分块效应的衬砌-围岩复合模型,研究考虑时间效应下管片衬砌的受力特性。结果表明:考虑围岩蠕变效应下管片衬砌受力表现出明显的时间效应。随着围岩蠕变时间的延长,管片衬砌的形变、内力和接缝张开量均呈现两阶段增长,具体表现为前期呈线性增长,后期增加趋缓。洞周围岩应力经历三阶段变化,即先减小后增大直至稳定。围岩蠕变时间为100年时,管片衬砌的内力和形变量均接近极限值。研究结果可为深部高地应力且考虑围岩蠕变效应下的TBM隧道衬砌结构设计提供参考。

不同荷载下巷道围岩与管片力学特性的模型试验研究

以顶部逐级加载的方式模拟巷道埋深变化,通过相似模型试验对圆形巷道围岩位移、管片结构轴力和弯矩随顶部荷载增加的变化规律进行研究。试验结果表明,随着荷载的增大,围岩径向位移逐渐增大,且竖直方向围岩的位移明显大于水平方向围岩的位移,而水平方向和竖直方向上会有不同范围的塑性区域产生;管片轴力和弯矩均随着荷载的增大而增大;管片中各处轴力均为压应力,且侧腰处轴力最大,而顶部轴力最小;管片顶部和底部为正弯矩,侧腰处为负弯矩,且两侧腰处弯矩大小接近。接头的位置对管片轴力和弯矩的影响较小。实际工程中可根据巷道深度的变化,适当调整管片结构的设计强度。

黄金坪水电站导流洞塌方分析及处理

结合黄金坪水电站导流洞塌方段的地质条件和围岩岩体特征,分析了塌方原因。简述了对塌方段围岩实施的固结灌浆处理措施,并依据监测结果对处理效果进行了评价。塌方段围岩在固结灌浆处理后处于稳定状态,证明了该处理措施的有效性和可行性。

一种自适应空间邻域的显著图获取方法研究

针对复杂背景下显著图提取精准度不高的问题,提出了一套基于自适应空间邻域的获取方案。该方案考虑人眼神经元感受野的同心圆结构,计算自适应圆形空间邻域;然后结合二维正态分布的显著权值计算空间邻域内每个像素点的显著值,获取图像的显著图,再利用简单的阈值分割算法提取二值图像;最后通过在两个自然图像集进行实验,并与三种经典算法进行比较。实验结果表明,该方法可以在复杂背景下有效地获取精确的显著图。

基于视觉显著模型的织物起球等级评价

为实现织物起毛起球性能评价的客观性及准确性,提出一种基于视觉显著性的织物起球等级评价新算法。首先,利用局部特征显著机制—高斯金字塔分解实现毛球与织物纹理及光照不均等信息的分离,并采用中央-周边操作获得织物起球疵点显著图,再通过融合全局特征显著机制—谱残差提高织物起球疵点显著度;其次,采用平均结构相似度评价算法对织物起球显著图进行质量评估;最后,采用高斯拟合阈值分割得出织物起球兴趣图,从而提取起球特征参数进行等级评价。实验结果表明:该算法能够增强起球显著度,得到有效的起毛起球特征参数,实现1~5级织物起毛起球等级的准确评定。