考虑透水夹层作用下富水山区隧道涌水量预测

为了实现对隧道侧面存在透水夹层时隧道涌水量的精准预测,以“圆岛模型”和映射原理为理论基础,推导了透水夹层作用下隧道涌水量预测公式。通过改变围岩渗透系数、透水夹层厚度、隧道与透水夹层中心距等因素,分析了各个因素对隧道涌水量的影响规律。结果表明:理论计算值与实际勘测值基本吻合,误差为10.4%;随着围岩渗透系数或者透水夹层厚度的增大,隧道涌水量值呈线性增大,趋于稳定时增幅分别约为30%和20%;随着隧道与透水夹层中心距的增大,隧道涌水量值呈非线性下降,最大降幅为27.7%,稳定时降幅约为8%;若同时改变围岩渗透系数、透水夹层厚度、隧道与透水夹层中心距中的任意两种,通过分析可知,围岩渗透系数对隧道涌水量的影响最明显,透水夹层厚度次之,隧道与透水夹层中心距最弱。

重庆中梁山岩溶地面塌陷特征及形成机理

通过详细调查重庆中梁山地区的岩溶地面塌陷灾害情况,分析出该区地面塌陷特征及形成机理。结果表明:岩溶地面塌陷主要分布在嘉陵江组中的地势低洼处、断层和溶槽处,多发生在降雨量大和地下水水位陡降时期,是自然因素和人类活动共同作用下的结果,数量较多,以土洞型为主;其致塌的力学机制以真空吸蚀作用和潜蚀作用为主,多种作用为辅;在具备岩溶塌陷发生的地质条件下,隧道建设过程中的强排水、降雨和村级公路修建与运营过程中会诱发岩溶地面塌陷的发生。根据岩溶地面塌陷的致塌力学机制和诱发因素,提出预防降雨形成的地表水过度聚集,隧道建设避免地下水陡降,村级公路和隧道选址避开岩溶发育区域等措施,以防止岩溶地面塌陷发生。

基于落石模型试验的棚洞垫层力学响应及优化设计

结合边坡落石灾害现状,基于落石模型试验,系统分析落石质量、下落高度、垫层厚度、加筋位置、加筋材料等因素对落石冲击力及其动态演化的影响,揭示落石冲击棚洞的动力响应规律,结合垫层自重与落石冲击作用双因素影响确定垫层最优厚度,并对垫层设计提出优化建议。结果表明:随着垫层厚度增加,棚洞所受落石冲击力呈非线性减小,减小幅度先大后小而后趋于稳定;在同一垫层厚度下,棚洞所受落石冲击力随落石高度和落石质量近似呈线性增大;当复合垫层设计为“5 cm河砂+聚苯乙烯泡沫(EPS)+10 cm河砂”时,落石中心处土压力峰值相较于纯河砂垫层降低约60%,缓冲耗能效果最佳;通过多元回归分析得到了落石冲击力计算公式,且计算结果与实验数据吻合良好。

基于声发射的张开型单裂隙岩石裂纹扩展行为特性研究

裂隙形态对岩石力学性能和裂纹扩展行为有重要影响,为此分别针对完整花岗岩试样和不同预制裂隙倾角(0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°)的花岗岩试样开展了单轴压缩试验,并同步进行了声发射监测和高清摄像记录。试验测试结果表明,随着裂隙倾角的增大,岩石的裂纹起裂角度逐渐减小,岩石的峰值强度、起裂应力和峰值应变均呈逐渐增大趋势,而弹性模量呈现出先增大后减小的变化规律;岩石应力-应变关系曲线的初始压密段和线弹性段对应声发射平静期,荷载超过起裂应力后声发射进入发展期,荷载接近峰值强度时声发射处于高峰期直到岩石完全破坏;裂隙倾角越大,声发射高峰期的持续时间越长,累计振铃计数越多,岩石峰值强度与累计振铃计数之间有良好的线性关系,并量化了裂隙形态对岩石强度损伤影响规律;随着裂隙倾角的增大,岩石的破裂模式由剪切断裂逐渐向张拉断裂过渡。根据岩石轴向应力与累计声发射撞击数之间的关系曲线,并结合岩石起裂应力的计算方法,计算值略大于摄像观测值,二者之间的误差范围介于1.7%~6.9%,表明起裂应力的计算方法是合理的。上述成果对深入研究裂隙岩体的工程性质和破坏模式具有重要参考意义。

基于CatBoost-SHAP模型的滑坡易发性建模及可解释性

文章致力于深入探索滑坡易发性建模中集成学习模型的不确定性和可解释性。以浙江省东部沿海山区为研究对象,利用谷歌历史影像与Sentinel-2A影像,记录了2016年超级台风“鲇鱼”触发的552起浅层滑坡事件。研究首先对连续型因子进行了不分级、等间距法和自然断点法的工况设计,进一步划分为4,6,8,12,16,20级。随后,引入了类别增强提升树模型(CatBoost)以评估不同工况下的滑坡易发性值,再结合受试者曲线与沙普利加性解释法分析,对建模过程中的不确定性和可解释性进行了深入研究,目的在于确定最优建模策略。结果表明:(1)在CatBoost模型计算中,河流距离成为最关键的影响因子,其次是与地质条件、人类活动相关的因子;(2)不分级工况下,模型能够获得最高的AUC值,达到0.866;(3)相较于等间距法,自然断点法的划分策略展现出更佳的泛化能力,且模型预测性能随着分级数量的增加而增加;(4)沙普利加性解释法模型揭示了主要影响因子道路距离、河流距离、DEM和坡向对台风诱发滑坡的控制机制。研究成果能够加深对滑坡易发性的理解,提高滑坡预测的准确性和可靠性,为相关地区的防灾减灾工作提供科学依据。

基于信息量与灾害熵的泥石流危险性评价对比研究——以成兰铁路松潘段为例

以成兰铁路松潘段为研究区域,根据野外调查分析、研究区基本环境地质条件,选取9项影响因子:高程、坡度、降雨量、岩性、地震烈度、NDVI(归一化植被指数)、距离断裂距离、HI(物源参照值)以及流域形状系数,分析泥石流的分布特征。基于GIS技术,通过信息量和灾害熵两种不同的模型,对各评价指标图层进行分类计算,并进行泥石流危险性评价。结果:在信息量模型中,研究区内危险中度及以上占总面积的87%;泥石流沟内危险中度及以上占沟总面积的65%,共31条。灾害熵模型中,研究区内中危及以上危险区占总面积的81%;泥石流沟内中危区及以上危险区占沟总面积的80%,共38条。与灾害的实际分布相比,灾害熵模型给出了更接近实际的结果。

基于落石棚洞冲击试验的落石冲击力研究

基于落石棚洞冲击试验,考虑不同落石重量、高度和冲击角度对落石冲击力的影响,分析了落石冲击力在这三个因素影响下的变化规律,发现落石高度与棚洞顶板倾角共同变化时,随着落石高度的增加和棚洞顶板倾角的减小落石冲击力增大,增大幅度达80.02%;落石高度与重量共同变化时,当落石重量较小,落石冲击力随着落石高度增加后的变化幅度较小,反之较大,最大值较最小值的增大幅度达182.10%;棚洞顶板倾角和落石重量共同变化时,落石重量比棚洞顶板倾角对落石冲击力的影响大,增大幅度达48.99%。然后基于正交试验分析发现落石重量是影响落石冲击力最重要的因素,其次为落石高度,最后为棚洞顶板倾角。最后通过回归分析获得了棚洞落石冲击力计算公式,并通过方差分析证明了棚洞落石冲击力计算公式与各因素间的回归关系高度显著,因此该公式可用于落石棚洞设计时冲击力的计算。

高液限红黏土的压实特性与路基填筑方案

红黏土由于水敏性一般不宜直接作为路基填料,工程中可通过加入碎石等粗骨料对其路用性能进行改良,但在实际工程应用中存在土石拌和不均的问题。基于此,为研究红黏土的压实特性,进行了标准击实和CBR强度试验。结果表明:红黏土的湿法击实结果更适用于指导工程实际,其击实曲线呈现双峰特性,分析认为第二个峰值是真正的最大干密度,其对应的含水率为最优含水率;探究了红黏土含水率与压实度、CBR强度之间的关系,压实度与强度并不呈正相关,最大CBR强度值对应的含水率比最优含水率高约5%,在适宜含水率和适当的击实功作用下,红黏土的CBR强度值和压实度都可以满足公路路基规范所需标准,这为红黏土用于路基填料提供了可能。因此,提出了"互层式"红黏土土石分层填筑方案,并运用Flac3D软件对几种不同工况下的路基填筑方式进行了数值模拟,其竖向沉降、数值模拟及工后沉降监测分析结果都表明,"互层式"红黏土土石分层填筑方式能满足高速公路路基沉降所要求的标准。

直立岩层边坡岩体的静态爆破参数试验研究

为了探索爆破参数对直立岩层边坡岩体的静态爆破影响效果,通过电测法测试了钢管试件中静态破碎剂产生的静态膨胀压,设计了考虑抵抗线、孔距、水平压力、布设方式等参数的静态爆破试验。试验结果得出:在径向约束条件下,静态破碎剂产生的膨胀压力随时间成指数增长趋势;在水平约束条件下,水平约束力越大,岩体开裂所需要的膨胀压越大,直立岩层岩体的残余水平构造应力是静态爆破设计的关键参数;钻孔裂纹贯通时间随孔距非线性增大,建议静态爆破设计孔距为2~2.5倍钻孔直径。进一步讨论得出:三角形布设方式的爆破效果明显优于矩形布设方式,直立岩层边坡岩体的静态爆破过程可分为岩体微裂、孔边裂纹扩展、裂纹密集发育和岩体碎裂4个阶段。

地震作用下库区堆积层滑坡失稳机制

为研究地震作用下库区堆积层滑坡失稳机制,以雅鹊湾滑坡为例,基于Geo-Studio中Quake/W和Slope/W耦合建立数值模型,分析其在地震作用下的稳定性变化和动力响应。在地震作用下滑坡稳定系数在1.199~0.859波动,随着库水位由175 m降低到145 m,滑坡稳定性由欠稳定降为不稳定;堆积层越厚的部位,受到地震作用后位移越大,滑带和后缘基岩发生的位移较为一致;监测点峰值加速度随高程的增加而增加,且加速度峰值的出现时间也随高程增加而滞后;坡面峰值加速度受到坡度的影响,监测点坡度发生较大改变时,峰值加速度会相应的减小。分析其在地震作用下的失稳机制,得出堆积层滑坡后缘剪切破坏,表层岩土体沿平行于滑带的滑面滑动,剪出口为库水位淹没的区域,滑坡由表层向深部滑动,最终基岩上覆土体全部滑动破坏,同时滑坡滑移会导致后缘基岩产生临空面,极易发展成为崩塌灾害。

爆破作用下危岩稳定的可靠度分析

为进行爆破作用下危岩稳定性的可靠度分析,基于可靠度理论和极限平衡方程,建立了考虑爆破力作用下的滑移式危岩、坠落式危岩和倾倒式危岩的功能函数、可靠指标和失稳概率计算方法。以天生三桥爆破施工为例,计算结果表明,受到爆破作用后离爆破点较近的危岩处于欠稳定~不稳定状态,离爆破点较远的危岩处于稳定~基本稳定状态,滑移式、坠落式和倾倒式危岩在受到爆破作用后失稳概率分别提高了20.78%、14.91%和5.8%。总结分析不同因素对爆破作用下危岩失稳概率的影响可知,粘聚力降低使坠落式危岩更易发生破坏;摩擦角变化对滑移式危岩失稳概率影响更显著;危岩和基座抗拉强度变化对重心在倾覆点外侧的危岩影响更大;炸药量和爆心距变化对坠落式危岩影响最大,倾倒式危岩次之,滑移式危岩最小。

基于统计损伤理论的饱和细粒砂岩本构模型研究

为了更好地揭示饱和细粒砂岩在不同孔隙水压力作用下的损伤本构关系,基于损伤力学/概率统计方法和有效应力原理,采用MC强度准则假定微元强度服从对数正态分布,建立了基于统计损伤理论的饱和细粒砂岩本构模型,修正了统计损伤模型参数 F0、 S0与孔隙水压力之间的关系表达式,建立了能够更加客观地反映饱和细粒砂岩损伤状态的本构模型。理论与试验对比研究表明所建立的模型具有一定的可靠性,在此基础上,研究了统计损伤模型参数 F0、 S0对饱和细粒砂岩物理特征的影响,探讨了饱和细粒砂岩在不同围压、不同孔隙水压力下的损伤演化规律,为实际工程案例中饱和细粒砂岩的损伤变化提供了参考。

峡谷地区裸岩陡坡桥梁桩基筑岛施工技术研究

筑岛是确保峡谷地区裸岩陡坡桥梁桩基顺利施工的有效工程措施。以北盘江贞望大桥6号主墩的桩基施工为例,考虑了4种不同桩基施工顺序对筑岛边坡稳定性的影响,以揭示不同成桩顺序条件下边坡位移和应力的响应规律。研究结果表明:①按成桩顺序1施工为最优的成桩顺序。当开挖第一批桩的时候,成桩顺序3引起的边坡位移和水平应力最大、稳定系数最小;而开挖第二批桩时,成桩顺序4引起的边坡位移和水平应力最大、稳定系数最小;在整个开挖过程中,成桩顺序1引起的最大位移和水平应力最小、稳定系数最大。②开挖桩孔对边坡的稳定系数影响最大,开挖第一批桩孔时,边坡稳定系数降低幅度最大,其中,成桩顺序3降幅达到了11.81%。研究成果可为峡谷地区裸岩陡坡桥梁桩基施工安全提供参考。

基于概率论的爆破振动安全评估与控制

爆破振动速度的预测及振动安全控制一直是爆破施工关注的热点问题。选用基本公式作为爆破振动速度预测模型,基于最小二乘法原理求解参数K,a,b;考虑爆破振动的随机性,定义了爆破振动速度相对误差(REBVV),假设REBVV服从均值为0的正态分布,利用正态分布的传递性,建立了爆破振动速度的分布规律模型;并提出采用广义爆破振动速度相对误差方差来代替爆破振动速度相对误差以提高实测数据的利用率;引入概率论中的置信度水平这一概念,建立了一套爆破振动安全控制与评估模型。取置信度水平为95%,基于建立的安全控制与评估模型给出了依托工程重点控制区段爆破安全施工建议。

高瓦斯隧道温湿度联合作用下瓦斯分布以及运动规律

在瓦斯隧道掘进过程中,各种掘进设备散发的热量以及使用湿式降温除尘设备所带来的的高热、高湿环境会对瓦斯等有害气体运动规律产生影响,控制隧道环境温湿度在合适的范围内既能提高工人的舒适程度,也有利于降低沿隧道长度方向上的瓦斯浓度。以鸡鸣隧道为例,利用Fluent等数值模拟软件分别研究了瓦斯气体在隧道中的分布规律以及温湿度环境对瓦斯在隧道中的分布所造成的影响,并提出了温湿度值的优化范围。结果表明:温湿度环境改变并不会明显改变瓦斯气体沿隧道长度的分布规律;仅增加工作区域内湿度值会降低沿程瓦斯浓度;仅增加工作区域内的温度值会使掌子面附近的瓦斯气体往隧道底部聚集;受温湿度联合作用下,工作区域内隧道底部的瓦斯浓度高于隧道顶部的瓦斯浓度。最后结合人体最佳舒适度以及施工安全性考虑,得出了隧道工作环境的最佳湿度值。

岩石直接拉伸试验装置及方法

岩石直接拉伸(单轴拉伸)试验是测试岩石抗拉强度、拉伸变形模量最准确的方法。为解决目前直接拉伸试验装置结构复杂、无法避免弯扭的问题,提出采用等边角铝作为对中粘接装置,芳纶纤维绳与两个吊环组合作为拉伸装置。针对岩样直径在不同高度处和不同方向上的差异,提出垫纸条的对中粘接方法。在铝棒的侧面粘贴6个应变片,多次拉伸试验测出铝棒偏心距e最大为0.24 mm,最小仅为0.04 mm,验证了该对中粘接装置及方法在开展直接拉伸试验方面有很好的效果。开展了2个岩样的拉伸试验,测试出岩石较准确的拉伸力学参数。该套装置具有结构简单、制作成本低的优点,适合于在岩石直接拉伸试验中推广应用。

贵州瓮马铁路边坡生态护坡技术研究

以贵州瓮马铁路瓮安站边坡绿化工程为依托,为优选出适合该地区的植物与基材,调查了铁路沿线地区植物种类、土壤组成,开展了单一植物在不同基材中种植和不同配比植物在不同基材中种植的室内试验,分析了不同配比基材的保水性及不同配比植物生长高度、种子发芽率和试验后土壤的抗剪强度;引用层次分析法(AHP)和多因素准则,对最优基材配比和最优植物配比进行了筛选。研究表明:保水剂3%,蛭石4%,肥料1%的基材配比最适宜植物发芽,保水剂4%,蛭石5%,肥料1.5%的基材配比最适宜植物生长;单种植物最优搭配为美国四季春与保水剂4%,蛭石5%,肥料1.5%的基材配比;混种植物最优组合为百喜草、狗尾草、三叶草、黑麦草的种子配比和保水剂4%,蛭石5%,肥料1.5%的基材配比;混种植物的抗剪强度大于单个植物的抗剪强度,混种植物的根须之间由于长短不同,相互结合更加紧密,增大了土体的抗剪强度。

温湿循环作用对三峡库区岸坡粉砂质泥岩力学特性及能量演化的影响研究

三峡库区岸坡表层岩体的风化特性及其稳定性受温度和湿度等气候环境显著影响。为了研究温湿循环作用对三峡库区岸坡粉砂质泥岩的劣化效应,将其加工后的标准岩石试样进行不同循环次数的温湿循环作用,然后测试其单轴压缩力学性能,分析其应力-应变曲线、强度、变形、破裂特征及能量特征。结果表明,随着粉砂质泥岩试样受温湿循环作用的次数从0增加到5,其单轴抗压强度、弹性模量、变形模量、总能量、可释放弹性能及其占比均与温湿循环作用次数呈近似的线性负相关关系,降幅分别达到49.21%、53.11%、57.78%、42.29%、58.7%和32.45%;而消耗能及其占比与温湿循环作用次数近似呈正相关关系,增幅分别达到80.86%和215.27%。细观上,温湿循环作用使粉砂质泥岩颗粒间的黏结力降低,从而使其颗粒间发生破坏时的强度减小、脆性增加、黏性降低,其变化幅度与温湿循环次数呈正相关关系;同时,颗粒间黏结力降低幅度在岩体内不是均匀分布的,而是由表及里呈一定的梯度变化,越靠近表面,其降低幅度越大。从而使得岩石试样在单轴压缩变形破坏过程中易于产生横向膨胀的张拉型翼裂纹或斜向的张拉-剪切混合型翼裂纹,岩块破碎,宏观上表现出脆性降低,塑性增加的劣化特征。

化学及干湿循环作用下泥灰岩损伤劣化特性分析

库岸岩质边坡底部受水的化学腐蚀及水位变化形成的干湿循环影响,其强度远低于一般岩体。泥灰岩作为一种强度较差的特殊岩体,更易受到地质、水文等因素的联合破坏。对三峡库区巫山段常见的泥灰岩进行化学溶液浸泡及干湿循环作用,开展单轴压缩试验、直剪试验、电镜扫描试验、数值模拟,并采用PSO-BP神经网络对抗剪强度参数进行预测。研究结果表明:泥灰岩在化学及干湿循环作用后的受力变形经历着裂纹起裂-扩展-延伸-破坏四个阶段,破坏时的裂纹扩展路径呈现多向发展的趋势;岩石的单轴抗压强度、内摩擦角、黏聚力在酸性增强及干湿循环次数增加后都有明显下降,这主要与其内部结构、矿物组成有关,干湿循环作用下的热胀冷缩及化学作用下的腐蚀,加剧了泥灰岩内部裂隙扩展、孔隙增大;PSO-BP神经网络能较好地预测泥灰岩抗剪强度参数在不同pH值、不同干湿循环次数下的值,误差较小,可将该方法运用到类似案例分析中。

考虑风筒破损对隧道施工过程中CO排出的影响机制

为研究隧道施工通风过程中风筒破损对一氧化碳(CO)排出的影响,依托城开高速鸡鸣隧道,运用孔口流量理论,考虑风筒内流速、孔口与开挖工作面距离和孔口数量3个因素,基于数值模拟方法,研究风筒破损对CO排出的影响。结果表明:在风筒破损面积相同的前提下,漏风率随送风量的增加而增大;开挖工作面处的CO浓度在通风1 min后达到峰值,约为3.5%;风筒破损会对隧道内的CO稀释产生滞后效应,滞后时间为1~3 min并且送风量越小滞后效应越明显,最终导致达到预计通风时间后距洞口约15 m范围内的CO浓度仍高于规范要求;通风长度区域内,3个因素中对CO排出的影响依次为:风筒内流速>孔口与开挖工作面距离>孔口数量;整体隧道内,影响依次为:风筒内流速>孔口与开挖工作面距离>孔口数量。并提出了通风设计和孔洞修补两方面的建议。