桃子垭深埋特长隧道地应力预测及复核

深埋特长隧道工程的高地应力问题越来越受到重视,如何准确高效地确定工程区地应力状态,是目前关注的重点和难点。针对深埋特长隧道地应力状态的确定问题,我们提出了基于多源数据的初始原地应力方向综合确定和应力量值预测及复核的综合解决方案。通过勘察阶段有限钻孔的地应力测试,并结合区域多源地应力资料,可以综合确定地应力方向并利用修正的Sheorey模型预测隧道轴线地应力;针对预测结果,在隧道开挖施工过程中,进一步利用有限钻孔的水压致裂地应力测试检验预测结果并复核隧道应力状况。结果表明,桃子垭隧道水平最大主应力方向为N15°W~N40°W,实测三向应力关系为S_H≥S_v＞S_h;钻孔附近的应力预测值在区域实测应力量值变化范围内,隧道埋深最大处的水平最大、最小应力值分别达24 MPa和16 MPa;隧道施工过程中的4个钻孔应力量值复核结果显示,除了局部受到岩性变化、断裂破碎带等影响出现偏差,本文预测结果与实测应力量值基本一致。笔者发展的原地应力综合预测及复核方法,一方面可以快速有效地预测深埋特长隧道等线状工程的原地应力状态,有效降低初始勘察阶段地应力测试成本,另一方面,应力量值的复核保证了应力预测结果的可靠性,可以为隧道施工方案的及时变更及预算调整等提供有力依据和数据支撑。     

西周岭隧道地应力测量及岩爆预测分析

为指导施工,提高施工的安全性和经济性,对西周岭隧道进行了钻孔水压致裂法地应力测量.测试结果表明:西周岭隧道深埋段地应力场以水平应力为主,在测试深度内最大水平主应力值为10.57～19.39MPa,具中等偏高应力水平;最大水平主应力方向为近N33°W,与隧道走向的夹角较小,即地应力对隧道围岩稳定性较为有利.基于地应力实测...     

滇东北深埋特长公路隧道工程区地应力场研究

深埋特长隧道工程区地应力场的预测一直是工程技术人员面临的难题,而工程地质综合分析法则可为工程区地应力场的分析提供较为全面准确的结论。因此,本文以滇东北典型深埋特长隧道——乐红隧道为例,采用综合分析法来研究工程区的地应力场特征。首先基于中国大陆应力分区,利用Anderson断层力学理论、震源机制解及实测地应力统计数据来获取研究区主应力方向。其次,基于工程地质勘察成果,利用Hoek-Brown强度准则对工程区的岩体强度进行了初步估算。在此基础上,利用修正Sheorey模型对工程区地应力量值水平进行了预测。分析结果表明,工程区以先进构造应力为主导。其中:水平最大主应力优势方位为N20°~60°W,应力场方向较为稳定。地应力量值水平预测结果表明,工程区在埋深500 m左右时,最大、最小水平主应力量值范围分别为11.2~20.5 MPa、6.6~12.2 MPa;埋深在1000 m左右时的最大、最小水平主应力量值范围分别为25.9~28.2 MPa、15.4~17.1 MPa。工程区在埋深超过500 m时的高地应力情况下,可能存在岩爆风险,而围岩大变形的问题几乎不存在。综合分析法的预测结果与现场实测数据较为吻合,表明该方法在线状公路隧道地应力状态的预测分析中,具有良好的应用效果。     

国道320线雪峰山高速公路隧道地应力场研究

雪峰山高速公路隧道为上海至瑞丽国道G320主干线湖南省邵阳至怀化高速公路上最大的控制工程,全长约7km,最大埋深约850m。目前已开始施工。地应力是围岩变形特性的重要控制因素,也是隧道设计的重要依据。结合雪峰山隧道工程实际,运用现场钻孔水压致裂法测试及有限元数值模拟方法,研究了雪峰山隧道地应力分布规律。研究表明:本区最大主应力的方向为N50°～86°W;应力值随埋深的加大而逐渐增大;岩体最大应力分布具有明显的分带性。通过该项研究,初步查明了雪峰山隧道地应力场的基本分布规律,为隧道的设计提供了依据。     

川藏铁路拉林段地应力特征及高地应力风险调控选线策略

随着我国铁路向青藏高原等西部山区延伸,长大深埋隧道越来越多,高地应力已成为对线路方案起控制作用的一类复杂地质状况,对其风险以在选线阶段就着手调控最为主动,但前提是能够对隧址区地应力状态定量评估。川藏铁路拉林段地应力实测数据表明,地应力结构以逆断型和走滑型为主;最大主应力方向分布于N19°W~N30°E之间。地应力随埋深分布最重要的规律为:地应力状态转换深度约为500 m,小于该深度时,最大水平应力随埋深变化紊乱,但最大值不超过极高应力量级;大于该深度后,最大水平应力可用海姆公式估算。据此提出:对于埋深小于转换深度的隧道,宜采用施工期动态调整支护结构和施工方法的手段,控制高地应力风险;对于埋深大于转换深度的超深埋隧道,利用隧址区地应力可用海姆公式估计的认识,宜运用选线手段,通过方案经济技术比较择优确定线位。最后建立了高地应力风险调控选线作业程式。研究为破解铁路方案比选阶段缺乏地应力定量评估方法的难题开拓了思路。     

偏压软弱围岩隧道开挖顺序比较研究

针对偏压软弱围岩隧道预留核心土法不同开挖顺序造成围岩不同变形量的问题,结合洞头山工程实例,运用现场监控量测结合MIDAS数值模拟的方法,分析比较偏压软弱围岩隧道在不同开挖顺序下各阶段围岩位移变形量。研究表明:开挖顺序的改变能够有效减小隧道各部围岩变形量,且减小程度从大到小的岩体位置依次为浅埋拱腰处、浅埋拱脚处、深埋拱腰处、深埋拱脚与拱顶;拱浅埋侧最大主应力明显减小。因此对于偏压软弱围岩隧道先开挖深埋侧比先开挖浅埋侧更为安全合理。研究成果为隧道信息化施工提供依据,也为洞头山及具有类似地质地形情况的隧道施工提供借鉴与指导。     

滇藏铁路香格里拉—邦达段地应力状态及工程效应分析

滇藏铁路香格里拉—邦达段沿线断层发育,构造运动强烈,为提高沿线工程的稳定性,基于构造形迹、震源机制解和实测数据的多元综合分析法,对研究区主应力方向进行了分析;基于Hoek-Brown强度准则和修正的Sheorey理论,结合实测数据,对研究区岩体强度参数和主应力量值进行了估算和预测,最后对研究区的地应力场特征及其工程效应进行了分析。结果表明:香格里拉-德钦应力区的水平最大主应力方向N0°W~N40°W;芒康-邦达应力区的水平最大主应力方向为N60°E~N80°E;铁路沿线埋深1000 m处,水平最大主应力范围为24.23~37.30 MPa;埋深2000 m处,水平最大主应力范围为47.29~66.69 MPa;香格里拉-德钦应力区隧道轴线设置为N80°W~N40°E有利于围岩稳定,芒康-邦达应力区隧道轴线走向设置为N10°E~N130°E有利于围岩稳定;铁路沿线高地应力显著,埋深超过400 m就可能处于高地应力状态,硬质岩埋深超过700 m会有岩爆风险,软质岩埋深超过1400 m会有大变形风险。     

陕南特长公路隧道水压致裂法地应力测量结果及工程地质意义分析

中国西部地区地势复杂,区域构造应力场各向异性显著,了解地区地壳应力状态是判断隧道设计阶段线路布设合理性的基础,也是预测隧道施工过程可能出现岩爆、断层滑动等其他工程灾害的重要参数。为了研究陕南特长高速公路隧道现今地应力状态,基于古仙洞隧道钻孔(ZK10钻孔)与化龙山隧道钻孔(ZK11钻孔)水压致裂地应力测量,获得了两隧道现今地应力分布特征。古仙洞和化龙山特长深埋隧道最大埋深处S_H值分别为13 MPa和22 MPa;古仙洞与化龙山隧道的应力关系分别为S_H>S_h>S_v和S_H>S_v>S_h,水平主应力起主导作用;S_H方向为近北西—北西西向,与区域现今构造活动背景基本一致,主要受秦岭造山带活动断裂影响。基于地应力测量结果、相关理论及判断依据认为:最大水平主应力方向与洞轴线夹角,有利于隧道围岩稳定,研究区内古仙洞与化龙山隧道的总体布置是合理的;采用岩石强度应力比法、陶振宇判据、Russenes判据和岩石应力强度比法综合判定研究区内两隧道不具备发生中等强度以上等级岩爆的可能;利用莫尔-库伦准则及拜尔定律,摩擦系数μ取0.6~1.0,对研究区内两隧道的现今地应力状态分析后发现,两隧道附近断裂带的地应力大小未达到地壳浅部断层产生滑动失稳的临界条件,处于较稳定的应力状态。      

深埋长隧道地应力特征与岩爆预测

以沪蓉西高速公路上大量深埋长隧道为研究对象,采用水压致裂法进行了地应力测量,然后根据实测地应力资料,运用工程岩体分级标准判据法、陶振宇判据法和Hoek判据法对隧道岩爆进行了预测研究。结果表明:鄂西灰岩山区应力水平总体为中等偏高,最大水平主应力方向近EW向;埋深较深的坚硬岩石隧道有可能发生岩爆。为了充分保证施工的安全性,建议在施工过程中采取合理的开挖方式和防爆措施。     

深埋隧道工程高地应力影响下围岩稳定性分析

隧洞围岩稳定性分析目前主要采用的方法仍以经验判断为主,但高地应力区的深埋隧道,其围岩稳定性问题越来越突出,定量的分析评价显得非常重要。结合正在建设的引大济湟干渠工程中的深埋引水隧道,在分析隧道工程地质条件的基础上,分析隧道沿线地应力的分布规律,利用Fl AC3D软件采用强度折减分析法对隧道围岩进行稳定性定量分析,并对围岩发生岩爆的可能性进行判别。结果表明,隧道埋深较浅时,岩土体以垂直自重应力为主;随着埋深增加,隧道的围岩稳定性逐步降低;在引水隧洞围岩的第十九至第二十六段有中等岩爆至弱岩爆,部分地段可能有较强岩爆。研究结果可以为工程施工提供技术支撑,也可为类似工程的建设提供借鉴。     

正交各向异性岩体钻孔周围应力分布的应力变分法分析

利用孔径变形法和孔壁应变法测量地应力必然涉及到钻孔周围岩体应力的分布规律,由于各向异性岩体孔周应力的分布复杂,很难用求解偏微分方程的方法得到应力分布的解析表达式,而应力分布又影响着地应力分析结果的准确性。通过构造应力函数,采用应力变分法对钻孔周围的应力进行求解,为准确分析各向异性岩体的地应力提供理论基础。     

湿载耦合条件下结构性黄土的压缩变形模式研究

对不同含水率的杨凌、青海结构性黄土进行压缩试验,依据变形等效原则,用同一固结孔隙比下非饱和黄土与相同干密度饱和黄土的应力之差定义了结构流体等效应力,提出了压缩应力条件下结构性黄土的有效应力原理。探讨了结构流体等效应力与饱和度（含水率）及应力之间的关系,发现含水率较低时黄土的结构流体等效应力与应力之间呈线性关系,并基于此结构流体等效应力,提出了湿载耦合时结构流体等效应力的表达式。依据压缩应力条件下结构性黄土的有效应力原理,引入能够反映结构性变化的结构流体等效应力,在饱和黄土压缩曲线的基础上建立了结构性黄土压缩曲线模式,根据此模式可以确定湿载耦合时的总应力压缩曲线和有效应力压缩曲线,计算结果与试验结果吻合较好,为计算其增湿湿陷变形提供了一条新的途径。     

基于瑞利-里兹法的岩土三棱柱堆积体的基底应力分布的研究

对岩土三棱柱堆积体的基底应力分布进行了研究,在基底应力的理论解难以求得的情形下,基于瑞利-里兹法求解出基底应力分布的近似解,并具体计算且对比了不同坡比、泊松比、基底边界条件下基底应力分布的变化,得出如下结论：基底法向应力存在应力凹陷现象,坡度越陡,应力凹陷程度越大,底边有约束时应力凹陷程度更明显;泊松比对基底法向应力的分布几乎无影响,泊松比主要影响基底切向应力分布的形态,且泊松比越大,基底切向应力值越大;坡比改变基底切向应力的最大值及其所处位置,坡比越大,基底切向应力值越大,且基底切向应力最大值距离基底中心越远。     

基于固定主应力轴假设的砂堆基底应力凹陷的研究

对砂堆三棱柱的基底应力分布及应力凹陷现象进行了研究,基于固定主应力轴假设（FPA假设）将砂堆分为应力状态已知的I区和应力状态未知的II区,并假设了II区内的多种剪应力分布来求解II区内的应力状态,最后,将不同剪应力分布假设下砂堆中线上的静止土压力系数值与Kulhawy公式计算值对比,可得出如下结论：基底法向应力存在应力凹陷现象,自然休止角越大（砂堆越紧密）,应力凹陷程度、应力凹陷范围越大;不同剪应力分布假设下,II区应力分布形态不同,法向应力极小值所在处也不同。剪应力二次方分布假设和三次方假设下砂堆基底应力分布最为合理、最为符合真实情形。     

一维向上渗流作用下多层地基有效应力性状研究

研究了一维向上渗流作用下多层地基有效应力的计算问题,推导了有效应力的计算公式,讨论了有效应力性状。定义了渗流有效应力的概念。渗流作用下土层有效应力由两部分组成：一部分是自重有效应力,它由重力引起,体现了静水压力的影响;另一部分是渗透有效应力,由土层水头差产生,体现超静水压力的影响。一维向上渗流作用使土层的有效应力减小。一维向上渗流作用下多层地基有效应力沿土层厚度呈线性分布,在土层层面处发生转折。多层地基有效应力计算的关键是确定土层层面处的有效应力,而确定土层层面处的有效应力的关键是计算各土层的水头差。文后给出了实例计算。     

应力历史对饱和砂土力学性状影响的试验研究

三向应力历史条件的影响是准确预测地基变形的重要参考因素之一。针对相对密度为30 %的福建标准砂,利用土工静力-动力液压-三轴扭转多功能剪切仪,进行了复杂条件下应力路径变化的应力控制式单调排水剪切试验。通过控制试验过程的平均主应力保持不变,改变应力历史条件,着重探讨应力历史对饱和砂土剪切强度和应力-应变关系的影响。试验结果表明：当平均主应力一定时,在排水条件下应力历史的改变,对砂土的剪切强度几乎没有影响,但会影响应力-应变特性。弹性轨迹随着中主应力系数和主应力方向角历史的不同而发生变化。引入考虑应力历史同剪切过程之间条件变化的参数,结合试验数据,给出了三维空间中砂土受到应力历史作用后形成的弹性边界的关系表达式。     

大伙房水库输水隧洞地应力场特征

为了解大伙房水库输水隧洞地应力场分布对洞室围岩稳定性的影响,采用地质力学方法研究了该区构造形迹特征,阐明了地应力场演化特征,首次将应力场演化划分为4个期次,并结合实测地应力数据建立了工程区地应力场分布模型。结果表明该区是以水平残余构造应力为主的中应力区,最大水平主应力方向为近EW,与洞轴线夹角为39°~46°,对围岩稳定性影响较大。     

深部开采覆岩应力变化规律模拟实验研究

为了研究深部开采条件下覆岩结构运动所引发的动力破坏特征及巷道围岩中采动支承压力分布规律,以某矿20180工作面覆岩为研究对象,通过相似材料模拟实验,得出了深部开采条件下覆岩应力变化规律。结果表明:顶板垮落规律显著,初次来压步距较长,周期来压步距基本相似;开采过程中底板与顶板支撑压力是动态变化的,并具有同步性;随着顶板岩层高度的增加,应力集中系数逐渐减小。根据底板和顶板的应力变化规律,将底板和顶板划分为五个区域,为深部开采条件下工作面巷道超前支护,采空区瓦斯抽放及矿压控制提供可靠理论依据。     

复合材料应力测定的一种新方法—重折率法

利用偏光显微镜的重折率法，测定复合材料由于彼此间的膨胀系数不同而产生的应力，该方法是一种极简单，而又准确的测试手段。     

复杂应力路径下杭州原状软黏土破坏标准研究

采用空心圆柱扭剪仪对主应力轴方向固定不变定向不排水剪切应力路径下杭州原状软黏土破坏标准进行试验研究,重点探讨了中主应力参数b、大主应力方向角?及孔压积累对剪切过程中黏土抗剪强度的影响,并提出原状软黏土剪切破坏的标准。试验结果表明,中主应力参数的变化没有对应力应变变化模式和试验应力路径产生影响,随着中主应力参数的增大,黏土抗剪强度的变化并没有呈现出一定的规律性;大主应力方向角对原状软黏土强度的影响反映出原生各向异性对黏土抗剪强度的控制作用;黏土样在剪切后期会产生显著的孔压积累,影响了黏土强度的发挥。考虑中主应力参数等影响因素,通过分析广义剪应力-应变曲线的变化情况,取广义剪应力qJ的峰值作为原状软黏土的剪切破坏标准。