渤海海峡跨海通道工程地质条件初步分析

渤海海峡跨海通道工程的前期研究一直停留在规划层面,系统性的工程地质勘察工作基本是空白。本文通过资料搜集、现场调查、海上钻探、海洋物探、室内试验等手段,重点围绕跨海通道沿线工程地质特征、特殊岩土性质、不良地质作用和主要工程地质问题等开展了系统研究。研究表明:(1)海峡通道内海底第四系覆盖层厚度深浅不一,邻近岛屿附近埋藏较浅,海峡腹地、峡道中部厚度较大;老铁山水道中央位置处覆盖层最厚,附近ZK1钻孔深度达到186.3m,仍未见基岩;(2)通道沿线地层岩性主要有石英片岩、变质砂岩、长石砂岩、片麻岩等,岩性较为坚硬,岩体基本分级以Ⅲ~Ⅳ级为主;(3)沿线特殊岩土有填筑土、新近黄土、软土和泥质膨胀岩4类,不良地质作用有危岩落石、人为坑洞、有害气体和地震地质灾害等;(4)工程地质问题主要有跨越断裂带和海底隧道突涌水两方面,隧道突涌水风险集中在断裂破碎带附近。研究成果对科学论证渤海海峡跨海通道工程建设方案具有重要意义。     

泥质膨胀岩崩解物粒径分布与膨胀性关系试验研究

崩解性是膨胀岩最基本的特性之一,但在膨胀岩膨胀性的快速判别指标中少见关于崩解性及崩解物的定量指标。因此,有必要开展膨胀岩崩解物粒径分布特征和崩解性与膨胀性之间关系的研究,以对膨胀岩的快速判别进行补充。以浙江台州黑洞、蛇蟠岛和新疆大阪隧洞泥质岩样品为例,进行了干燥饱和吸水率和干燥饱和崩解试验,并分析了干燥崩解物粒径分布特征、耐崩解性指数及其与基于干燥饱和吸水率的膨胀性判别结果之间的关系。结果表明,膨胀岩膨胀性的强弱与其崩解物的最大含量粒组颗粒粒径、有效粒径和耐崩解性指数呈反相关关系。膨胀岩崩解物粒径分布的差异性对其膨胀性具有一定的指示意义。     

大亚湾花岗岩某钻孔雨季水位持续走高原因探析

作为弱含水层或找水贫困区的花岗岩体,其地下水位变化受裂隙连通性和大气降水影响,出现波动是正常现象。然而在雨季钻孔水位一周内出现近40 m暴涨,且基本维持在高水位持续约3个月后,又跌落回正常水位波动,似乎不常见。以大亚湾中微子试验隧道工程地质勘察钻孔ZK3为例,连续开展两年水位动态观测,监测到上述水位剧烈涨落现象。结合该区水文地质条件、地质构造和岩体结构、降雨量日变化,分析了产生这一奇特现象的原因。很多浅表缓倾节理和构造成因陡倾节理组合成多个不同方向和长度的结构面网络,是水不规则运移和局部储存的控制性结构,雨季开始和结束时不同深度裂隙连通导水差别很大应是水位突变的重要原因。即雨季地表径流很大部分是由于下部裂隙被水充满和饱和,地表产流率高,而旱季深部水腾空或不饱和,浅表水才容易向深部渗透回落。初步提出的水和可能的密闭气体联合作用导致雨季水位高涨突变,或许是需要关注的花岗岩裂隙水的一个重要特征。     

岩体强度估算方法研究及应用

岩体强度问题在实际工程中是工程师关心的问题,由于受时间和经费的限制,难以进行大量现场原位试验,而其复杂性目前尚无破坏准则能较好满足实际要求。对于含有多组节理的岩体,结合收集的大量数据对国外基于节理化岩体强度估算经验公式进行了修正,从实测数据中拟合出弹性波波速与岩体强度的关系表达式,同时收集了国内外基于节理密度、岩体分类、弹性波的岩体强度估算公式,对这3种方法进行了对比研究,并应用于旧堡隧道,发现3种方法估算的强度值接近实际岩体强度,说明了在一定情况下岩体强度是可以粗略估计出来的。     

投影寻踪模型在膨胀岩判别与分级中的应用

由于泥质岩富含黏土矿物,尤其是成岩程度较低的中新生代泥质岩常具有显著的膨胀性,而成为膨胀岩的主要类型。在对现有膨胀岩判别指标进行全面分析后,提出以蒙脱石含量、胶结系数和比表面积作为泥质岩膨胀性判别与分级的三大指标。基于投影寻踪模型方法,以新疆大坂隧洞工程中采集的20个泥质岩样为样本进行了分析。根据20个样本最优投影值的移动平均趋势线,该处泥质岩的膨胀性可分为非膨胀、微膨胀、弱膨胀和强膨胀4个等级。与较为常用的岩块干燥饱和吸水率指标判别结果基本一致,结果表明,所选指标和方法是可靠的。     

大亚湾中微子地下实验室场地的工程地质条件评价

中微子实验目的是测定中微子混合角13,这是当前国际粒子物理、核物理、天体物理和宇宙学中一个急待解决的关键问题。目前研究中微子振荡一个国际前沿是利用反应堆中微子实验测量中微子混合角13。其地下实验室对场地工程地质条件和环境要求极高。大亚湾核电站的功率高,反应堆紧邻位于排牙山南麓实验预选场址;浑厚的花岗岩山体地下空间可屏蔽宇宙线本底,能提高混合角13量测精度。本文通过地形测绘、工程地质调查、综合地球物理勘探、钻探、孔内测试(地应力、钻孔电视和声波)和室内实验,系统分析研究了场址区工程地质条件,得出场区地层岩性和构造断裂不发育,燕山期花岗岩体完整,强度高,地应力不高,地下水主要赋存于裂隙中,岩体渗透系数很小的结论。拟选4个实验厅位置的岩体均属Ⅰ～Ⅱ类围岩,连接隧道的围岩81%属Ⅰ～Ⅲ类。工程地质条件评价结果说明,大亚湾中微子地下实验室可望成为世界上投资少精度最高的测量13理想场址。     

岩石隧道围岩变形时空效应分析

岩石隧道围岩变形具有时空效应特征。根据围岩变形速率,岩石隧道围岩变形一般可划分为3个阶段,即急剧变形阶段、稳定变形阶段和流变阶段。通过总结分析围岩变形3阶段的特点,结合中梁山隧道D-5H量测剖面的实测数据,对围岩变形的空间效应和时间效应进行了分析。空间效应集中发生在急剧变形段,空间效应段主要靠围岩自身以及初次支护克服围岩发生破坏变形,时间效应则主要体现在流变段。以华蓥山隧道等76个隧道实例为统计样本,分别对围岩变形时空效应与围岩类别和塌方事故的关系进行了相关性分析。结果表明:80％以上的塌方发生于急剧变形段,13％发生在稳定变形段,只有7％左右的塌方发生在流变段。其中Ⅳ类和Ⅴ类围岩在3个阶段都可能发生塌方,Ⅲ类围岩则很少在流变段发生塌方。Ⅰ类和Ⅱ类围岩则基本不会发生较大规模的塌方。对深入了解隧道围岩的变形规律,为隧道灾害防治、选择恰当的支护时机和支护方式很有意义。