粉砂地层中浓泥土压盾构泥膜效应引起的孔压变化规律试验研究

为了减小盾构机在粉砂地层中掘进时对地层的扰动及地表沉降的影响,针对粉砂地层渗透性大、内摩擦角高的情况,提出一种新型浓泥土压盾构施工技术,使用自制的土舱渗透试验装置,开展了3组不同泥浆添加量下混合土中泥浆渗透试验,研究混合土及地层中孔压的变化,分析应力的传递规律。基于室内试验结果开展了现场孔压监测试验,研究泥浆的添加对地层中孔压的影响。研究结果表明:泥浆添加量大于25%时,在开挖面表层处中出现泥膜效应;盾构掘进过程中泥浆添加量越大,地层中孔压的变化率越小,当添加量达到8m~3/环时,其孔压变化率仅为25%～45%;浓泥土压盾构泥膜类型只有渗透型泥膜,且渗透成膜前伴随泥浆颗粒损失。该研究结果对浓泥土压盾构在实际工程中的应用以及向砂砾石及砂卵石地层的推广具有重要的意义。     

石壕煤矿岩巷掘进中的瓦斯灾害特征及预防对策

石壕煤矿在茅口组石灰岩中掘进巷道时,时有瓦斯灾害事故的发生。从地质构造和水文地质方面研究了瓦斯的聚集条件,认为石灰岩中早期的溶洞、裂隙等是瓦斯的储藏空间,断裂构造切割煤系与石灰岩地层时,为煤层和围岩中瓦斯进入创造了条件;茅口组灰岩深埋地下,地下水交替循环差,对瓦斯的富集起到了封闭作用。研究表明：井田内煤岩瓦斯突出一方面是由于在岩巷掘进时,当地层走向发生变化时,对其方向没有进行及时调整,导致岩巷掘进层位距突出煤层的垂直距离太近,放炮或垮落引起的;另一方面是由于在掘进与煤系地层联通的较大张性或张扭性瓦斯富集的隐伏断裂带时,没有采取专门的预防措施,放炮引起的。按岩巷掘进中瓦斯异常涌出量的快慢及大小,将瓦斯异常涌出表现形式分为缓变型、突变型、突增渐缓型三种,并对各自的特征进行了总结。预测矿井现开拓的南三区和北三区瓦斯灾害严重,以南三区更为突出,提出了进行超前探测,钻孔抽放等预防措施。     

软土地区盾构施工参数对土体位移影响的滞后性试验研究

由于软土地区深部地层超孔隙水压等因素存在,调整盾构参数对土体位移的影响往往具有一定的滞后性,该时段施工参数调整效应并不完全发生在当前时段,更多影响该断面土体的后期位移。在上海软土地区盾构施工现场设置两相同断面监测土体位移,在盾构施工不同阶段调整关键施工参数,分析各参数对土体位移扰动的时效性。在盾构靠近监测断面前调整土仓压力,穿越断面时调整掘进速度,在盾尾脱出时调整注浆量。通过监测数据以及关联系数时间效应分析得知,在盾构穿越断面时土体位移受前期调整的土仓压力的扰动影响,盾尾脱出时的土体位移体现穿越断面掘进速度所引起挤土效应改变,而后期固结阶段土体位移量体现出盾尾脱出时注浆量增大所带来稳定控制效应。因此,施工时不仅需关注当前土体变形,还应对参数调整后土体变形趋势预测给以足够重视,以避免因忽略滞后效应而导致事故发生。     

软土地区盾构掘进速度对地层扰动现场试验研究

针对上海软土地区盾构隧道工程,在盾构穿越监测断面全过程调整掘进速度,观察监测断面的水、土压力以及地层稳定性变化。根据实测并结合土体固结比、承压水等地层土性影响,运用土体扰动机制综合评定掘进速度改变的影响规律。分析表明,盾构在软土地区4倍直径(D=6.2 m)埋深地层中施工,在盾构土舱压力、注浆量等参数均不变的条件下,仅调整千斤顶推进速度变化对土体压力及变形的扰动效应有较大影响。盾构推进速度降低会使水、土压力的扰动空间范围减小、扰动所产生的压力增量减小,也使地表隆沉变化值更稳定。相应变化值由埋深和推速降低比例决定。试验为今后判断软土地区4D埋深盾构掘进速度扰动效应提供参考。     

岩巷掘进中的瓦斯灾害特征及对策初探

煤矿生产中的瓦斯灾害,以往是指煤层掘进或回采工作面的瓦斯突出或涌出,以及煤系地层中砂岩掘进时的二氧化碳突出。而非煤系地层岩巷掘进中的煤岩突出及大量瓦斯的快速涌出,则是随着煤矿生产的发展而新出现的一大灾害,不容忽视。井巷掘进中,瓦斯不断涌出,其型式分缓变、突变、突增渐缓三种。以瓦斯地质的观点,对松藻矿务局岩巷掘进中瓦斯灾害特征及预防对策进行了讨论。     

砂土层中盾构掘进实测数据及数值模拟分析

相对于其他土层,盾构在富水砂层中掘进的风险更大,但目前盾构掘进引起砂层变形的机制并不清楚。依托广州某电力隧道项目,选取一典型富水砂性地层断面对盾构隧道施工引起的地层变形进行高频率、近距离的监测,得到以下几点认识可供类似的工程参考：（1）富水环境下,相对于均质砂层,隧道处于粉砂+粗砂地层组合更容易发生渗透破坏。此情况下,粉砂层在承受更大渗透力同时,又受粗砂层强烈补给供水,非常容易被侵蚀甚至掏空。（2）地层均匀损失与局部集中损失引起地层扰动规律有较大的不同。地层均匀损失时由于拱效应没集中局部损失的强,其扰动范围、地表沉降及水平位移均更大。水平位移最大值的位置与地层损失的非均匀化也密切相关。地层均匀损失时,隧道两边最大水平位移发生在隧道高程范围内;但地层非均匀损失（隧道顶部局部塌落）时,发生最大的水平位移的位置会明显上移。（3）渗透力的作用使得地层扰动范围扩大。（4）地层损失率受注浆影响严重,隧道附近大,地表最小,隧道上方土体呈松散化趋势。     

钻孔剖面多煤层物性X-CT 响应及其地质意义

基于钻孔剖面不同煤层的X-CT物性响应,分析了煤层物性及其在垂向序列上的非均质性特征。发现研究区3号、14号、23号、26号煤层的孔隙-裂隙较为发育,煤中孔隙呈星散状产出,裂隙不甚发育,且多被矿物充填。通过CT切片"顺层偏差"来定量表征煤层的非均质性,发现研究区含煤地层4个三级层序主煤层的CT偏差在垂向上呈单峰分布,以层序Ⅲ最大,指示其非均质性最强,同时也说明CT方法可用以定量表征煤层的非均质性特征。发现煤样CT偏差的垂向分布与海水进退旋回具有高度的一致性,说明在海水进退控制下的成煤环境是影响煤层非均质性的关键因素。     

复合岩层中滚刀旋转切割破岩效率试验研究

TBM掘进经常遇到复合岩层,在该地层中施工对滚刀破岩非常不利。为了提高掘进效率,降低工程造价,开展复合岩层滚刀破岩效率研究很有必要。鉴于此,采用滚刀岩机作用综合试验台对砂岩、花岗岩复合(复合比例为4(25) 6)而成的岩层进行5组刀间距下3种贯入度的3把滚刀同步旋转切割试验;试验过程中监测破岩总法向力、总扭矩,并分别收集两种岩石的岩渣进行筛分、称重;依据试验结果分析不同刀间距、贯入度下的法向力、扭矩及比能的关系。研究表明:不同刀间距时,平均法向力、平均扭矩随贯入度的增加而增大但两者的增加趋势不同,即平均法向力随着贯入度的增加几乎呈直线增大,而平均扭矩随着贯入度的增加其递增趋势减小;不同贯入度下存在不同的最优刀间距;砂岩、花岗岩切割轨迹长度比例为4:6时刀间距与贯入度的比值在14左右,破岩效率最高。     

宁武盆地煤岩静态力学特征研究

井壁失稳是目前制约煤层气规模化开发的关键问题之一。由岩石力学理论可知,煤岩的力学强度是井壁稳定性的决定因素之一。通过对宁武盆地煤岩进行系统力学研究,利用应力摩尔圆法求出宁武盆地主力煤岩的内摩擦角、内聚力等强度参数;建立横波与纵波幂律关系曲线,动态弹性模量与静态弹性模量间线性关系曲线及动静态泊松比间线性关系曲线,得出煤岩静态弹性参数以直接反应地层力学性质,解决了勘探开发中声波测井所得动态弹性参数无法真实反映地层力学特点的技术问题。      

软土地层盾构隧道结构整体抬升实践

软土地层盾构施工易沉降过大导致轴线偏差,出现调坡困难,甚至影响后期列车运行速度,注浆抬升是轴线偏差治理的一种方法。宁波轨道交通某区间在施工过程中因对地层变化理解不彻底,导致沉降过大,调坡困难,为了不造成结构破坏,不影响工程工期,使隧道线型得到改善,对隧道结构整体抬升进行了实践。通过对地质情况分析,结构验算,注浆工艺研究,提出了下部注浆,内部支撑,实时监控,即时调整的思路,在注浆过程及时调整浆液。经过精细化管理,该区间最大稳定抬升量达3 cm。工程实践表明,注浆工艺和内部支撑对抬升阶段通用环管片结构安全起到重要作用,浆液的选择对后期稳定非常重要。该工程探索了软土地层盾构隧道不均匀沉降治理、控制措施,可为其他盾构隧道沉降治理提供参考和抬升设计提供依据。     

ND-CPT测量非均质地层密度剖面的研究

同位素密度静力触探仪（ND-CPT）是一种把同位素密度仪并入到静力触探仪的探头中,同时测量锥尖阻力、侧壁摩阻力、孔隙水压力和密度的新型原位测试仪器。根据ND-CPT测量的密度为 射线源和检测器之间回转椭球体内土体的平均密度 的原理,首先建立了可以计算回转椭球体内土体的平均密度 的后向散射模型和平均值模型,然后调查了ND-CPT贯入各种非均质地层时的测量密度 剖面与实际密度 剖面的区别,结果表明在地层分界处附近的测量密度 与实际密度 有较大差别,最后对ND-CPT在实际工程中测量的有明海底泥的测量密度 剖面进行了理解,得到了海底泥的实际密度 剖面。研究结果可为利用ND-CPT准确划分地层提供依据。     

软土地层矩形顶管掘进引起地表隆沉变形分析

准确预测并及时控制软土地层矩形顶管掘进过程中引起的地表隆沉,可有效降低掘进施工对紧邻结构设施的影响。结合弹性力学Mindlin解和随机介质理论,进一步考虑顶管开挖面附加推力、非均匀分布且具有软化特性的机体-土体侧摩阻力、受触变泥浆特性影响的管节与土体间的侧摩阻力,管节附加注浆压力及基于开挖面收敛模式的土体损失共同作用,推导得到矩形顶管掘进期间地表隆沉位移解析解。经与3个工程算例的实测结果进行对比分析,发现所提方法可预测矩形顶管在软土地层掘进引起的地表隆沉变形规律。分析结果表明：顶管开挖面前方地表表现为隆起;随着顶管开挖面的远离,摩阻力、注浆压力对地表的影响逐渐减小,开挖面后方地表主要受土体损失作用发生沉降;土体损失引起的地表沉降量受开挖面收敛模式影响。     

地下水流二维、准三维及三维模型模拟结果比较

本文为三种简单的由多个含水层和弱透水层组成的越流含水系统建立了二维、准三维和三维数学模型,并对它们的解进行了比较分析。三种水流系统的二维、准三维及三维数学模型计算结果相互间的偏差随抽水时间的延长而增大,随井距的增大而减小;二维与准三维数学模型计算结果间的偏差随弱透水层越流系数的减小而减小;两种准三维数学模型计算结果间的偏差随抽水含水层与弱透水层间贮水系数比值的增大而减小;考虑弱透水层弹性释水的准三维模型与三维模型的解最为接近,它们之间的水头差当贮水系数比值一定时,随抽水含水层与弱透水层间渗透系数比值增大而减小,且随各向异性比值的增大而增大。     

GM（1,1）模型在铁路路基冻胀监测中的应用

通过对季节性冻土区铁路路基冻胀量与地层温度的监测,可以了解监测段的冻胀变化过程,但无法对未来的发展趋势作出有效预测。本文采用GM（1,1）模型对监测段落路基的冻胀变形及冻结深度的变化情况进行预测。结果表明,此预测方法可以在现有监测数据的基础上有效预测短期内路基冻胀的发展趋势。根据模型预测结果,可以提前采取有效整治措施,便于决策者对轨道检验周期、维修周期、限速周期等作出合理调整。     

海洋沉积地层多功能取样钻具研制

目前,海洋钻探取心主要采用提钻或绳索打捞的方式获取岩心。随着对取心质量和采取率要求越来越高,再加上海底沉积层变化多样,单一的取样器具已经不能满足当前的取样需要。为此,本文研制了一种海洋沉积地层多功能取样钻具,能够根据海底地层性质,开展低扰动、高品质的取样操作。通过海洋钻进取样试验表明,针对海底的淤泥、粘土及砂质地层,超前取样钻具、液压剪切取样钻具和半合管取样钻具能够有效获取海底的沉积层岩样,平均采取率为73.34%。研制的多功能取样钻具采用超前取样和液压压入取样技术,降低了对沉积物岩心的扰动,提升了岩心品质和采取率,为下一步的工程化应用奠定了基础。     

青藏铁路路桥过渡段沉降变形影响因素分析

青藏铁路于2006年7月1日建成通车,已运行5年。总体上铁路路基是稳定的,但由于铁路建设在以高温高含冰量为特征的多年冻土之上,冻土的微小变化会诱发路基病害的发生,其中路桥过渡段沉降变形是比较典型,也是最为普遍的一类路基病害。通过对青藏铁路西大滩至尺曲谷地164座桥梁路桥过渡段沉降病害调查及相关因素分析。过渡段路基沉降与桥走向的南北端、路基坡向、路基高度、多年冻土类型（含冰量）、地温、路基结构以及地质条件等因素相关。桥北端平均沉降量大于南端,阳坡大于阴坡;沉降量随着路基高度呈对数趋势增加;富冰、饱冰等高含冰量冻土区沉降明显高于多冰、少冰地段,高温多年冻土区沉降量高于低温多年冻土区;路基结构对过渡段沉降也有一定的响应性,表现为特殊结构路基沉降较小;粉土、粉质黏土等细颗粒地层段沉降量比砾石土等其他岩性地段大。通过相关性分析表明,过渡段路基沉降与坡向相关系数最大,为0.234,其次为与路基填土高度,为0.213,与桥南北端、路基结构、冻土含冰量也呈正相关关系;与地温的负相关性比较显著,为-0.210,其次与地质条件呈现出负相关性     

北票—义县地区义县组岩石地层特征

北票-义县地区的义县组地层是一套火山-沉积地层,其中火山岩地层占80%以上,具有四个火山作用亚旋回,第一亚旋回以基性-偏碱的基性-中基性火山作用为特征,第二亚旋回以中基性-酸性的火山作用为特征,第三亚旋回以基性-中性火山作用为特征,第四亚旋回以中酸性火山作用为特征;义县组火山-沉积地层包含至少7个沉积夹层,可以进一步归纳为四套沉积层,即底砾岩层、下部火山岩中的沉积夹层、中部湖相沉积层和上部河湖相沉积层,沉积层中生物化石主要集中在3个主要层位.综合火山岩的旋回性特征,岩石组合、岩石产出特征,不同岩石组合的上、下接触关系和岩石形成环境的分析结果,结合同位素年代学及生物地层学的研究成果,区内义县组被划分成了4个岩性段.同位素年龄数据显示义县组时代为早白垩世,其形成年龄介于135~120Ma之间,含中华龙鸟、孔子鸟和辽宁古果等珍稀化石的湖相沉积层是在125~127Ma之间形成的.     

台风苏拉(2012)沉积层的高分辨率探测与辨识

台风苏拉于2012年7月28日在菲律宾东部海域形成,生成后向北偏西方向移动,于7月30日下午加强为台风,8月1日14时加强为强台风,并于1日19时在台湾花莲登陆。登陆后强度逐渐减弱,并于2日22时在福建福鼎二次登陆,登陆时中心最大风力33m/s,登陆后继续深入福建,并减弱为热带风暴,于3日晚上停止编号。台风苏拉强度强、移速慢、与西南季风结合局地雨强大、影响时间长范围广,在福建登陆后继续向内陆移动,对福建近岸海洋沉积环境产生了显著的影响。台风对海洋沉积环境和沉积过程有重要的影响。本研究利用高分辨率浅地层剖面探测技术和放射性同位素方法探测了福建近岸在台风苏拉路径附近海域形成的风暴沉积层。两种方法获得的台风风暴沉积层厚度为10~25 cm。沉积层厚度、沉积物粒度、δ13C值分布特征显示沉积层的物质主要来源于海底沉积物的再悬浮和再分配。风暴沉积层内沉积物粒度呈现变粗的趋势,显示细粒级组分在更广范围内扩散。浅地层剖面探测技术和放射性地球化学方法结合,为估算台风影响提供了新的方法。     

既有桩基荷载对邻近浅埋隧道开挖效应及支护内力影响的研究

建立了包括地层模型、桩基荷载模型、浅埋隧道开挖模型和支护模型以及桩基荷载、地层压力、地层沉降、支护应变量测装置的平面应变模型试验系统;通过模型试验,研究了不同水平、竖向相对位置处的既有桩基荷载对附近浅埋隧道开挖引起的地层压力重分布、地层沉降及隧道支护内力的影响特征。另外,采用FLAC3D软件,对模型试验及不同工况进行了数值模拟。结果表明：（1）与没有桩基荷载的自由地层中的隧道开挖试验相比较,地层中的既有桩基荷载会明显地改变邻近浅埋隧道开挖引起的地层压力重分布、地层沉降及隧道支护内力;（2）对于桩径和水平相对距离都相同,但桩长不同的桩基荷载,桩长与隧道埋深比值为1.0时,对隧道开挖效应影响最大,二者比值小于1.0时,其影响程度随着比值的减小而减小,二者比值大于1.0时,桩长的改变对隧道开挖效应影响较小;（3）对于桩径和桩长都相同的桩基荷载,对地层压力、地层沉降及支护内力的影响随桩基荷载与隧道的水平距离的减小而增大,桩基荷载距隧道的水平距离与隧道直径比值介于0.5～4.0时,桩基荷载对隧道开挖效应影响较大,隧道较危险,比值介于4.0～6.0时,影响较小,比值＞6.0时,影响可以忽略不计。     

高海拔季节冻土区高速铁路路基水-热-冻胀变形特征研究 ——以兰新客专民乐段为例

兰新第二双线是世界上第一条修建在高海拔季节冻土区的高速铁路,路基填料采用通常认为是冻胀非敏感性材料的粗颗粒土（A、B组填料）。基于2015-2017年军马场-民乐区间（长约38 km）运营期现场监测发现,部分路段仍有较大冻胀量发生,对列车高速运营存在安全隐患。现场监测结果表明：该区间高铁路基平均冻结期为5个月,最大冻深介于3.0~3.8 m,约是天然冻深的2倍,路基2.7 m以上地层最大冻胀量可达27.5 mm。0~0.5 m级配碎石层含水量很低,控制在4%以内,暖季较高,寒季由于冻结而降低;0.5 m以下地层含水量相对较高,介于8%~15%之间,暖季较低,寒季较高,呈现“正弦”式分布,且随着路基深度增加而逐渐减小。路基冻胀发展过程大致可分为三个线性阶段,其中第二阶段（12月中下旬至次年1月中旬）为冻胀发展最快时期,历时约20天可达到稳定冻胀量。