临海浅埋富水明挖隧道底板合理支护参数研究

沿海地区深基坑设计施工都十分重视其抗浮问题,在深基坑开挖前掌握抗拔桩对于基坑隆起和围护结构变形及受力规律十分重要,其研究成果对于节约工程成本和保证基坑施工安全具有重要的指导意义。以港珠澳大桥侧接线拱北海关隧道明挖段为依托,首先建立抗拔桩与土体的硬接触模型,并验证该模型对于抗拔桩模拟的合理性,采用极差分析法研究底板不同桩长和桩径加固对基坑围护结构稳定性的影响规律。分析结果表明,增大桩长可更有效地减小地表沉降,增大桩径可更好地控制连续墙的变形,增大桩长和桩径都可以很好地控制坑底隆起。     

盾构隧道地震响应分析方法及工程应用

盾构隧道在地震作用下可发生接头螺栓剪断、管片开裂、管片端部混凝土脱落、大变形及错台等震害,将影响隧道的安全与正常使用,因此,建立合理的分析模型与计算方法来研究隧道可能的震害具有重要的工程防震减灾意义。采用嵌入梁单元模拟接头,厚壳单元模拟管片,无限元作为动力人工边界,同时在管片之间及管片与地层间设置非连续接触关系,更好地模拟了管片厚度方向应力及管片与地层间的相互作用,建立了厚壳-接触-无限元地震响应分析模型。并将该模型运用于某大直径越江盾构隧道的抗震分析中,计算结果与盾构隧道震害特征较为吻合,表明该模型可反映盾构隧道的真实地震动响应。并应用该模型分析了壁后注浆层材料参数及结构与土体相互作用对管片动力响应的影响。所建模型对于研究盾构或TBM施工隧道的震害分析具有很好的推广价值。     

深部急倾斜煤层偏压巷道支护参数优化研究

深部急倾斜煤层由于受特殊的地质结构和高地应力影响,煤层巷道开挖后易出现地层错动、垮塌的特点,施工中冒顶、底臌现象异常突出,巷道支护极其困难。通过对新集三矿-700 m煤探巷道进行现场勘查与试验,针对该急倾斜软岩巷道变形非对称性,底臌严重、地层错动的破坏特点,提出了可缩性U型钢全断面封闭支护和非对称性预应力锚杆(索)支护的全新支护方案,通过大型有限元软件ABAQUS建立数值分析模型,与原支护方案进行了对比分析。研究表明,采用改进支护方案巷道底臌位移量减小了66%,最大拉应力从0.58 MPa减小到0.38 MPa,塑性区较原方案更小,支护结构受力更加均匀。其结果可为同类地质条件的巷道支护设计提供一定参考。     

纤维硅灰水泥石强度与浆液抗冲刷特性

针对隧道突水灾害防治对注浆材料的特殊要求,在水泥浆中加入外掺剂改善其力学特性与抗冲刷特性。通过测试不同水灰比、纤维掺量、硅灰掺量下水泥石的抗压与抗折强度,得出各水灰比下的强度最佳配合比,并测试最佳配合比下浆液的流动性与抗冲刷特性。试验发现,纤维与硅灰的掺入能够显著提高水泥石的强度,且对浆液的流动度影响不大;低流速下纤维硅灰水泥浆的抗冲刷特性较纯水泥浆改善显著,但流速较高时其抗冲刷特性仍较差。基于此,在纤维硅灰水泥浆中再掺入可再分散性乳胶粉进一步改善浆液抗冲刷特性。试验结果表明,可再分散性乳胶粉能明显改善浆液抗冲刷特性,即使在较高流速（0.6 m/s）下,其浆液留存率仍达到60%以上。研究结果为隧道突水灾害防治与动水注浆浆液选择提供了参考。     

断层破碎带突水突泥演化特征试验研究

为了研究富水断层破碎带隧道突水突泥灾害演化机制,自行研制了一套可考虑质量迁移及地应力状态的大型室内突水突泥试验系统。利用该装置开展了不同水压加载方式、不同破碎带介质参数等条件的断层破碎带突水突泥灾害演化过程模拟试验。结果表明：（1）断层破碎带突水突泥灾害演化是渗流?侵蚀强耦合过程,在水压作用下,破碎带介质中的细颗粒首先发生迁移,导致充填介质孔隙结构增加,进而加速细颗粒流失,促使涌水率不断增长,随着细颗粒不断迁移流失,水流流态由层流转换为紊流,最终诱发突水突泥灾害;（2）破碎带介质初始孔隙率和施加水压越大越易诱发突水突泥,介质渗流演化特征越明显,渗流场参量如渗透率、孔隙率、雷诺数增加越快,且渗流场参量演化曲线出现突增现象;（3）梯度水压加载模式下断层破碎带介质较恒定水压加载条件下突水突泥演化特征更明显,介质发生突水突泥的临界水压更小。在此基础上,基于涌水率?时间（Q-t）、水力梯度?涌水率（i-Q）关系的流态转换分析和基于渗透率?水力梯度（k-i）关系的渗透性演化特征,建立了断层破碎带渗透演化特征概化模型。该研究结果对于断层破碎带突水突泥灾害演化机制与防治措施具有一定的理论指导价值。     

急倾斜软硬互层巷道变形破坏机制及支护技术研究

针对急倾斜软硬互层巷道围岩大变形控制难题,采用现场试验、理论分析和数值仿真等多种手段,研究急倾斜巷道围岩变形破坏机制,研究结果表明：急倾斜软硬互层巷道的变形与破坏具有非对称性,偏压作用明显,呈现顶板下滑,底板臌起的相互错动变形特征,底臌严重且易片帮冒顶。巷道断面与岩层倾斜方向的钝角部位受侧向约束小,因而剪切滑移变形较大,是产生非对称变形破坏的关键部位;下帮围岩变形破坏较上帮更为严重。基于急倾斜巷道的变形破坏特点,提出在锚- 网-索耦合支护的基础上利用锚索、底角锚杆等对产生差异变形破坏的关键部位进行加强支护的方法,巷道大变形得到了有效控制。     

不同降雨模式下膨胀岩边坡模型试验研究

采用原状膨胀岩进行室内边坡模型试验,研究膨胀岩边坡在连续降雨和湿-干循环模式下的变形和水分入渗特性,揭示两种模式下膨胀岩边坡的变形破坏模式。试验发现,连续降雨模式下初期数次降雨对膨胀岩边坡变形影响最大,有明显的水平方向位移,后期变形很小且趋向稳定。湿-干循环模式下边坡膨胀变形及深部岩体含水率降雨完成后一段时间才达到峰值,随循环次数及降雨量增大,边坡变形速率及变形量都明显增大,岩体裂隙不断发育,水分入渗深度增大,但限于表面一定深度,对深部岩体影响较小。试验结果对工程应用有一定的指导意义：连续降雨模式初期膨胀较大,须加强和完善初期的排水措施,做好边坡的支挡防护措施;湿-干循环模式下,随循环次数增加,做好坡面的防护措施,以起到保湿防渗作用;两种降雨模式均说明纯膨胀性泥岩边坡不发生典型的圆弧滑动等破坏模式,而工程边坡的滑动多发生在软弱夹层上,因此,要做好该类边坡的软弱夹层特性勘察,对于不含软弱夹层的纯泥岩边坡要重点监测其浅层变形特性。     

软弱地层注浆的细观力学模拟研究

基于散体介质理论的颗粒流方法,运用PFC2D软件对软弱地层注浆过程进行了细观力学模拟,研究了注浆压力、注浆时间、渗透性质及颗粒黏结强度对浆液扩散半径和注浆类型的影响规律。采用PFC2D软件内嵌的FISH语言,定义了提取特定位置流体域内压力值的函数,研究了浆液扩散的分布特征,考虑浆液黏度的时变性对浆液扩散范围的影响,定义有效注浆半径对其进行修正,得到的浆液扩散规律与球形扩散理论较为一致。结合工程实例进行了注浆细观力学数值模拟,并提出了科学的注浆方案,在现场应用后取得了较好的堵水加固效果     

新型水玻璃−酯类注浆材料及其固沙体特性研究

针对风积沙边坡稳定性差和常用加固技术存在成孔困难、加固范围有限等问题,提出以二元酸酯为固化剂的新型水玻璃?酯类浆液对风积沙进行加固的思路。采用倒杯法和旋转黏度计对新型水玻璃?酯类浆液的凝胶时间、黏度时变性进行了系统测试,并通过三轴试验研究不同浆液填充率对固沙体强度和渗透性的影响规律。研究表明：新型水玻璃?酯类浆液凝胶时间在20 s～60 min之间,浆液黏度随时间增长呈现指数型增长变化,且凝胶之前黏度低;当浆液填充率从0%增加至100%,固沙体黏聚力由0 kPa线性增加至148.4 kPa,内摩擦角按抛物线变化规律从32.1o增加至37.8o,渗透系数从3.42×10?5 cm/s降低到8.74×10?7 cm/s;与水玻璃?磷酸浆液、水玻璃?硫酸浆液相比,新型水玻璃?酯类浆液固沙体抗压强度高。该研究结果为风积沙边坡加固提供了新的方法。