基于岩溶演化模型的隧道突水危险性评价

岩溶隧道是否发生涌突水,主要取决于洞身岩溶发育程度和岩溶系统结构类型,而这与岩溶系统的演化过程密切相关。岩溶系统的发育演化始于具有侵蚀性的水对可溶性岩体中裂隙的溶蚀扩展。基于此,本研究耦合了渗流模型和溶蚀扩展模型,并结合鸡公岭隧道区水文地质背景资料,建立了隧道区岩溶系统岩溶演化模拟模型,模拟再现了隧道区岩溶含水介质的发育情况。结果显示:随着岩溶系统的发育演化,整个系统中裂隙不断被溶蚀扩展,差异性溶蚀越来越显著,岩溶含水介质的非均质性越来越强;同时随着埋深的增加,岩溶发育程度及非均质性越来越弱;浅部和深部裂隙的平均溶蚀扩展率相差近1 500倍;鸡公岭隧道洞身标高处岩溶发育微弱,裂隙溶蚀扩展较小,仍为裂隙岩体,其等效渗透系数为0.51m/d,岩溶突水概率极低,隧道发生涌水时的涌水量为127.9m3/d,对隧道施工影响较小。      

峡口隧道间歇性岩溶涌突水过程及来源解析

岩溶涌突水问题勘察与防治一直是隧道工程建设面临的难题。峡口隧道有着较长的岩溶涌突水历史,为了查明间歇性涌突水来源,探究岩溶水系统结构对涌突水过程的控制作用,综合利用水文地质调查、水文学和水文地球化学等方法对涌突水来源和过程进行了识别与分析。结果表明:在研究区孟家陵一带存在地下水分水岭,北部和南部的地下水分别向响龙洞和峡口洞排泄。在集中涌水事件中,次涌水总量与次降雨量具有显著的线性正相关关系,集中涌水与4条盲沟排水在水文地球化学特征上具有同源性,均来自于隧道北部的岩溶水;在隧道稳定排水期间,右洞北侧盲沟主要排泄隧道北部的岩溶水,其他3处盲沟排水则主要来源于碎屑岩裂隙水;集中涌水点位于峡口岩溶水系统的饱水带附近,强降雨导致隧道上方整体处于充水状态,涌水点截断了岩溶通道的快速流而发生涌突水,并且混合了小比例的基流。在岩溶涌突水问题研究中,综合利用多技术方法和多信息渠道验证可提高涌突水来源分析的准确性。      

示踪实验在湾潭隧道涌水突泥判别中的应用

以宜来高速湾潭隧道为研究对象, 通过现场调查、地下水示踪实验、地下水流量监测, 以及采用大气降雨入渗法计算隧道的平均涌水量和丰水期涌水量, 同时采用RFPA渗流软件对隧道涌突水的可能性进行判别。现场调查及示踪试验结果显示湾潭隧道岩溶管道为多支, 混合型岩溶管道, 水文地质条件复杂, 丰水期涌水量约为平均隧道涌水量的4.6倍。数值模拟结果表明, 隧道涌水突泥破坏要历经裂隙萌生、裂隙扩展、裂隙进一步扩展、贯通破坏阶段。同时当岩溶管道处的过水流量达到初始值(37 248 m3/d)约2.7~3.5倍之间时便可出现涌水突泥破坏, 也即出水口2流量达到10 000~13 000 m3/d时, 湾潭隧道具有极高的涌水突泥风险。      

岩溶水流系统识别方法及其在引调水工程隧洞选线中的应用

某国家重大引调水工程引水隧洞将穿越聚龙山向斜可溶岩地层，可能面临严重岩溶涌突水问题。为了查明隧洞突涌水条件，选择岩溶水害风险较低的引水方案，综合采用岩溶水文地质调查、水化学与同位素分析等方法对聚龙山向斜岩溶水流系统特征进行了识别。结果表明:聚龙山向斜含水系统具有"两含夹一隔"的多层结构，下部二叠系主要为埋藏型岩溶弱发育区，而上部三叠系裸露型岩溶区中发育了具有多级水流系统的巨型岩溶汇水盆地。穿聚龙山向斜段工程论证的3个方案中，A线方案从向斜西段岩溶水系统的补给区穿越，隧洞穿可溶岩段长度短、且全部为埋藏型岩溶，剖面上绕避了三叠系岩溶汇水盆地，发生岩溶涌突水的风险低；而B线方案和C线方案均进入了三叠系岩溶汇水盆地，穿越裸露型可溶岩段的长度大，遭遇高压岩溶突水的风险高，故推荐A线引水方案。研究成果可为引水隧洞线路比选提供科学依据，对类似深埋长隧洞工程建设也具有参考价值。      

南屯煤矿17煤底板奥灰突水危险性综合评价

针对南屯煤矿17煤开采中可能出现的底板奥灰突水问题,应用模糊突水系数法和无量纲信息融合法进行综合预测评价。评价结果确定了17煤奥灰含水层突水危险性分区和各影响因素的影响程度。突水危险区主要在矿区的东北部,安全区在矿区的西部边界位置,其余地区为突水较危险区;采深和含水层水压为17煤开采底板突水危险性的主要影响因素。     

Detection and treatment of water inflow in karst tunnel: A case study in Daba tunnel

In a karst tunnel, fissures or cracks that are filled with weathered materials are a type of potential water outlet as they are easily triggered and converted into groundwater outlets under the influence of high groundwater pressure. A terrible water inrush caused by potential water outlets can seriously hinder the project construction. Potential water outlets and water sources that surrounding the tunnel must be detected before water inflow can be treated. This paper provides a successful case of the detection and treatment of water inflow in a karst tunnel and proposes a potential water outlet detection (PWOD) method in which heavy rainfall (>50 mm/d) is considered a trigger for a potential water outlet. The Daba tunnel located in Hunan province, China, has been constructed in a karst stratum where the rock mass has been weathered intensely by the influence of two faults. Heavy rain triggered some potential water outlets, causing a serious water inrush. The PWOD method was applied in this project for the treatment of water inflow, and six potential water outlets in total were identified through three heavy rains. Meanwhile, a geophysical prospecting technique was also used to detect water sources. The connections between water outlets and water sources were identified with a 3-D graphic that included all of them. According to the distribution of water outlets and water sources, the detection area was divided into three sections and separately treated by curtain grouting.     

Cohesion variation during instability evolution of disaster medium in mud inrush of mountain tunnel

Mud inrush in mountain tunnel is an independent geological hazard type different from water inrush, landslide and debris flow. The intrinsic factor of mud inrush is the instability failure of disaster medium. Its essence is that when the cohesion decreases gradually with the increase of void ratio to the point where the movement of soil particles cannot be restricted, soil particles and groundwater form slurry and gush out. Thus, accurate calculation of cohesion with variable void ratios is crucial for analyzing the reliability of disaster medium. In this study, the disaster medium was regarded as graded soil and a structural model was established wherein soil particles were simplified as cubes and the interparticle pores were represented by the clearance between cubes. On the basis of the structure model of disaster medium, a function between the soil particle distance and void ratio was derived. Cohesion is equivalent to the resultant force between soil particles per unit area; thus, a cohesion function was derived in which the void ratio is the main variable. This function considers the influence of gradationcharacteristics on cohesion variation and is generally applicable to various types of disaster medium. A series of direct shear tests were carried out to determine the cohesion variation for different types of disaster medium with variable void ratios. By comparing the variation of cohesion obtained through direct shear tests with those deduced by the proposed cohesion function, we verified the validity and general applicability of the cohesion function. It is of great significance because the cohesion function can accurately predict the variation of cohesion by using the void ratio, and effectively evaluate the possibility of mud inrush according to the initial mechanical properties of disaster medium.     

富水断层非标准三角堰测法流量计算方法及工程应用

公路、铁路、水利水电、矿山等隧道工程建设和运营过程中,不可避免地会遭遇塌方、突涌水等地质灾害问题,围岩失稳破坏和渗流突变是发生突水的直接原因。为查明龙南隧道F₈富水断层洞身范围涌水来源及其涌水量的大小,采用非标准三角堰测法结合矩形堰测法现场监测F₈断层地表上、下游流量。本研究提出非标准三角堰测法的基本概念,并根据标准三角堰测法流量公式,结合流量的等效原理,推导出了非标准三角堰测法流量公式。通过理论与实测数据进行比较,证明了本公式的合理性。研究结果表明,非标准三角堰测法流量公式的推导为现场流量实测提供了方便,克服了标准三角堰测法公式适用范围不足的缺点,为分析断层破碎带洞身围岩范围内涌水量大小提供了可靠依据。      

基于地下水流系统理论的岩溶隧道涌突水来源及路径分析

双龙洞是国家重点风景名胜区，拟建金华山隧道位于浙江省金华市双龙洞景区北东向约12 km处，金华山隧道的开挖将可能导致双龙洞景区岩溶水的疏干，同时隧道也可能遭受岩溶涌突水的安全隐患。基于地下水流系统理论，结合研究区水文地质条件调查成果，岩溶地下水流系统的划分，隧道出口段关键岩溶分布区地质结构的分析，以及水文地球化学测试分析结果，对双龙洞与隧址区之间各岩溶地下水流系统间的水力联系及涌突水可能性进行了分析。结果表明，隧道出口段开挖若揭露至其所处岩溶含水层并进行排水，影响的只是周边有限的岩溶水及裂隙水，不会直接连通研究区西侧大规模岩溶地下水流系统；隧道施工和运行期间对双龙洞景区的岩溶水基本不会产生影响，同时双龙洞岩溶水也不会对隧道出口段形成直接的涌突水威胁。在岩溶区隧道涌突水来源的研究中，基于地下水流系统理论合理划分岩溶地下水流系统并分析各系统间水力联系，是分析涌突水来源及防范涌突水灾害的必要前提。      

Seepage field distribution and water inflow laws of tunnels in water-rich regions

Currently,the water inrush hazards during tunnel construction,the water leakage during tunnel operation,and the accompanying disturbances to the ecological envi...     

武汉两湖隧道岩溶水系统结构及水循环规律

武汉市两湖隧道是国内最长、世界规模最大的城市湖底隧道, 其东湖段穿越岩溶区, 识别其岩溶水系统结构对隧道建设和运营安全具有重要意义。为查明区内岩溶水系统结构及水循环特征, 综合利用地质及水文地质勘探、水文地球化学分析等方法刻画了岩溶含水系统边界, 总结了岩溶发育规律, 识别了洞穴沉积物来源, 分析了岩溶水与孔隙水和地表水之间的水力联系, 探讨了岩溶水循环模式。结果表明: 研究区可划分为南北2个岩溶含水系统, 北段岩溶含水系统的岩溶发育程度强于南段岩溶含水系统, 北段和南段岩溶含水系统由断层带连通而具有统一的水力联系。洞穴沉积物主要来源于第四系残积层和洞穴围岩风化。第四系冲洪积层孔隙水与下伏岩溶水的水力联系较弱, 而第四系残积层孔隙水与下伏岩溶水的联系紧密。本研究利用多种技术方法精细刻画湖底隧道的岩溶水系统结构, 可服务于隧道工程的涌突水风险评价和安全施工。      

黄陵背斜东北翼岩溶水系统特征及其对引调水隧洞工程的影响

陵背斜东北翼地层以碳酸盐岩和碎屑岩相间的组合形式出现,碳酸盐岩分布区岩溶发育强烈,岩溶突涌水是该区地下工程建设的重要影响因素。以某重大引调水工程黄陵背斜段为研究对象,综合采用岩溶水文地质调查、示踪试验、水文地球化学等多种方法对研究区岩溶水系统特征及隧洞突涌水条件进行了识别和分析。结果表明:区内存在4个子含水系统,垂向上构成了透水性强-弱相间的结构,发育了浅部快速循环、中间快速循环和深部慢速循环的多级水流系统,断裂构成各子含水系统间发生水力交换的垂向通道。工程输水隧洞主体在深部灯影组(Z₂dn)和天河板组-石龙洞组(∈₁t+sl)子含水系统中穿越,岩溶发育总体较弱,但在穿越店垭断裂时存在导通上部娄山关组-南津关组(∈₃l-O₁n)强岩溶子含水系统而发生较大规模高压突涌水的可能。施工支洞穿越∈₃l-O₁n子含水系统中白龙洞水流系统的排泄区,遭遇管道式突涌水事故的风险高。多种水文地质方法的联合解译可提高识别岩溶水系统特征和突涌水条件的精度。      

淄博市淄川区饮用天然矿泉水赋存条件与形成机理研究

淄博市淄川区饮用天然矿泉水按照含水层性质可划分为松散岩类孔隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水和岩浆岩类构造裂隙水3大类。区内29眼井泉监测点饮用天然矿泉水检测结果显示,研究区存在锶型、锂型和锶锂复合型3种类型矿泉水。从水岩作用角度分析了矿泉水中锶和锂的来源,认为研究区广泛分布寒武纪碳酸盐岩,石灰岩尤其是鲕状灰岩中丰富的锶元素,是锶矿泉水形成主要的物源条件之一;地下水沿灰岩裂隙岩溶运动为矿泉水的形成创造了重要的水动力条件;研究区腐殖质经低矿化近中性的大气降水淋滤后,形成富含腐殖酸的偏酸性溶液入渗地下,对地下岩层产生溶解、溶滤作用,随着溶解过程的进行,岩石中的锶元素大量进入地下水中。     

霄云煤矿1313工作面隐伏陷落柱突水机理分析

水害已成为威胁煤矿安全生产的重要灾害之一,不仅会对井下工作人员的安全造成极大的威胁,还会给煤矿的经济造成重要的损失。煤矿的水文地质条件受地层、构造、岩浆岩等影响因素较大,使得水害的类型繁多,特别是对隐伏型导水构造的精细探查预测能力不足,使其成为了矿井水害的重要导水通道。霄云煤矿1313工作面发生突水灾害,虽然该区域位于三维地震范围内,但受地震技术手段的限制,3煤层之下岩煤层分辨率很低,三维地震精细报告及井下瞬变电磁成果均未解释此区域内有陷落柱发育。通过对矿井内的地质地层、构造、岩浆岩及水文地质概况等资料的研究以及对突水后的水质、邻近奥灰长观孔水文观测、水温的分析,认为突水水源为奥陶纪灰岩含水层,通过后期的注浆钻孔漏失深度及注浆情况,能够确定该处存在一个半径约为9.00m的陷落柱,发育高度约为116m。据此综合判断该次矿井突水的通道为隐伏在3煤层底板之下的陷落柱构造。     

海州—大悟混合岩穹窿地质及成矿作用

文章是在研究海州－大悟含磷岩系及其磷矿底板岩石中不同类型混合岩的岩石学、地球化学的基础上，探讨了变质－深熔过程中稀土元素的活动性状。混合岩穹窿由变沉积岩、混合岩及混合花岗片麻岩组成。变沉积岩、混合岩及混合花岗片麻岩在空间上的密切共生关系，揭示了沉积物经历了变质分异、混合岩化和部分熔融作用改造成花岗质岩石的过程。穹窿具有明显的分带性，从穹窿外向中心，由变质岩带、混合岩带向混合花岗片麻岩带变化，表明了变质反应顺序及混合花岗岩化交代的关系。在变质、混合岩化及部分熔融作用形成混合岩穹窿过程中，磷质发生了运移，在穹窿变质岩与混合岩接触带发生了交代结晶与重结晶作用。在穹窿变质岩带，揉流褶皱成矿作用十分明显     

水域地震映像在火成岩发育区的应用与探讨——以厦门某海底隧道勘察为靶区

以厦门某海底隧道勘察为靶区,采用电磁气泡震源系统激发地震波,在火成岩发育区进行水域地震映像实验,较好地查明了海底水深界面、淤泥（砂层）和基岩面的分界线。实验结果表明,水域地震映像法对海域火成岩发育区是一种有效的物探方法,可以为海域地质勘察提供可靠的地质参考依据;利用水域地震映像勘探既可以较好地弥补钻探缺陷,又能极大地节约经济成本。     

江西省胃癌与岩石类型

本文利用岩石类型资料1092个数据,胃癌死亡调查资料10295例,研究了胃癌死亡率与人群生存区岩石类型(岩浆岩、变质岩、碳酸盐岩、碎屑岩、红色碎屑岩、第四系松散物)的相关性。在此基础上,综合评价了与胃癌有相关性的岩石类型,及其对胃癌产生和发展的影响。研究方法可供参考。     

Substrate selection and seasonal variation in abundance and size composition of isopod Lirceus fontinalis in Ontario streams, Canada

The abundance and size composition of stream isopods Lirceus fontinalis were investigated from April 2001 to August 2002 in 3 streams in southern Ontario, Canada. Effects of current speed was released from the analysis by choosing slow flowing water. The effects of substrate, season and water depth on the abundance, distribution and size composition of the isopods were analyzed. It was found that substrate and season influence isopods the most. The rocky substrate with attached filamentous macro-algae contains an isopod abundance 7.05 times that of bare rock substrate and 14.6 times that of fine-sand and mud substrate. There was a large variation with respect to seasonality in both abundance and size composition of the isopods, with the highest abundance occurring in summer and the lowest in winter and spring; individual isopods also tend to be larger in the winter and spring. In all substrates, shallow areas tend to support higher densities of isopods than deeper areas.     

隧道围岩变形监测反演分析及稳定性研究

针对有限元方法模拟隧道开挖过程受参数取值影响导致精度降低问题,提出利用BP神经网络和数值模拟方法来对隧道围岩力学参数进行反演分析。对比实测值与模拟值,证明了反演参数的可靠性,并得到隧道的最大最小主应力和位移变化值;利用强度折减法,通过数值模拟计算相应的拱顶沉降值,通过离散点拟合来求得隧道围岩的自稳系数,分析隧道围岩的稳定性。     

南四湖湿地地质环境评价及保护措施浅析

南四湖是南水北调东线工程的重要调蓄枢纽,目前湿地环境地质问题较多,主要表现为湿地面积变化大、水环境污染、水资源开采过度、湖区淤积严重、湖泊沼泽化、采空塌陷等,危胁着调水工程的顺利实施。针对湿地特征及问题成因,进行单元格剖分后建立了一套完整的评价体系,第一层将其分解为水环境、土壤环境、南四湖表层底泥重金属污染及南四湖湿地地质环境问题4个要素层;第二层再把湿地环境地质问题要素分解成若干个次要素,逐层评价后采用综合指数法求出指数值,将湿地地质环境质量划分为良好区、较好区、较差区。提出了划分渔业生产保护区、调整水生植物布局、定期泥沙清淤及建设人工湿地水质净化工程和人工湿地河道走廊工程等保护措施。