管棚支护及注浆技术在-380石门过刘桥断层中的应用

刘桥断层位于刘桥一矿东北侧,落差110～210m,通过钻探揭露、物探探查、流量测井技术,对刘桥断层破碎带的富、导水性进行了研究,在-380石门巷道过刘桥断层前进行了管棚支护及预注浆加固工程,以及在巷道过刘桥断层过程中,采取了一系列行之有效的掘进支护措施,确保了-380石门巷道安全通过刘桥断层。     

瑞利波探测公路施工隧道含水断层破碎带

断层破碎带的出现必然使岩体的硬度发生明显改善,而瑞利波的传播速度恰与介质的物理力学特性有关。利用瑞利波探测技术,对泉三高速公路某施工隧道含水大断层进行超前探测,并与地质雷达和钻探探测结果比较,结果显示,锐利波探测的断层破碎带宽度与隧道施工揭露的极其吻合,瑞利波是超前预报含水断层破碎带的一种简便、高效的技术。     

断层破碎带千枚岩填筑路基工程特性试验研究

针对“5·12”地震后,位于北川地区断层破碎带的千枚岩作为路基填料特有的材料,对破碎的千枚岩进行化学成分、物理性质、崩解性等试验。初步认为可以作为路基的底层填料,点荷载强度与多因素有关;破碎千枚岩中的粘土矿物含量与崩解程度有很大关系,压实工程特性与颗粒粗细的相对含量密切相关。根据施工现场试验监测结果表明,通过研究确定的压实工艺可将千枚岩压实到要求的密度,其物理、力学性质得到改善,满足路基要求。     

波速旁压联合测试法在断层破碎带勘察评价中的应用

介绍波速旁压联合测试方法及其在断层破碎带勘察中的应用实例。对比试验证明,该方法是行之有效的。     

断层破碎带隧道突水突泥灾变演化模型试验研究

为研究断层破碎带隧道开挖扰动作用下突水、突泥灾变演化过程,建立了三维地质模型试验系统,以江西永莲隧道F2断层突水、突泥灾害为例,通过大量的材料配比及物理力学性能参数测试,研制出适用于流-固耦合模型试验的新型断层及正常围岩相似材料,对隧道突水、突泥灾害进行研究。试验结果有效地揭示了无支护条件下断层破碎带隧道的洞周位移、渗流压力、应力-应变以及突出物质量等特征参数对时效性的响应规律。随着时间的增长,渗流压力整体呈上升趋势,越靠近开挖面其波动范围及幅度越大;突出物质量在发生突水、突泥灾害前出现短时减小后迅速增加;洞周围岩拱顶以竖向位移为主,而拱腰以水平位移为主;在相同相应力状态下,拱腰位置应变比拱顶位置大。将试验灾变特征与现场实际演化过程进行对比分析,两者结果较为吻合。该系统可广泛应用于其他地下工程的模型试验研究,其研究方法及结果对类似工程研究具有一定的指导和借鉴意义。     

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。     

穿越富水断层破碎带隧道塌方机理分析与预防

穿越山岭隧道常遇到断层破碎带。由于缺乏断层复杂岩体稳定性机理的研究与理解,隧道施工曾导致多起大变形甚至塌方事故。本文使用理论分析、离散元数值模拟方法,结合现场监测结果,对江西某高速铁路隧道过断层施工案例进行综合分析。在考虑断层破碎带地下水影响的前提下,开展富水断层破碎带施工过程中围岩失稳塌方的内在机理研究。研究得出：隧道穿越富水断层破碎带时,岩体结构面发育,且结构面间多充填碎屑或黏土充填物。随着施工扰动引发结构面发生错动,流动的地下水进一步对结构面形成冲刷,从而降低围岩的完整性与力学强度。断层破碎带抗剪强度越低,围岩松动范围越大,塌方概率与范围越大。根据“防水排水,强化围岩”的思路,本文提出了穿越断层破碎带防塌方的措施：设置迂回导坑、地层预加固、增加支护强度、优化施工工法及加强监控量测,可为此类隧道工程的安全施工提供参考。     

断层破碎带剪切作用下力链结构及演化光弹试验研究

断层破碎带颗粒介质体系中力链形成机制及其演化规律,是研究含破碎带断层蠕滑、黏滑以及地震等地质灾害发生的重要基础。借助颗粒体双轴加载双向流动光弹试验装置,对断层破碎带剪切作用下的宏观力学特性、破碎带中光弹力链网络结构及演化、力链空间分布及强度等特征进行研究。结果表明:(1)断层破碎带中,岩体颗粒之间通过力链传递力的相互作用;破碎带与断层诱导裂隙带之间存在易滑段与不易滑段,揭示了剪切作用下破碎带空间变形非均匀特征;破碎带中岩体颗粒物质的重新排列,引起易滑段与不易滑段的动态演化。(2)破碎带中较大粒径角砾岩颗粒承载了断层上下盘之间的主要挤压及摩擦力,起到了骨架支撑的作用;随着剪力的增长,强力链方向发生偏转,向竖直方向靠拢。(3)处于高应力状态的断层远离破碎带边缘位置岩体颗粒更容易发生破坏、碎裂、重新排列,从而引起强力链空间方位的变化;随着竖向荷载的增大,强力链空间方位由明显各向非均匀性向各向均匀性转变。(4)竖向荷载变化对断层破碎带中力链比例和颗粒接触力分布频率影响较小,对力链空间分布及强度影响较大。     

预制静压桩静动载现场试验分析

原位试验是获取桩基设计参数和了解桩基力学性能的最客观、最可靠方法。基于现有疲劳机和千斤顶等试验设备,研制了桩顶静载和动载组合加载装置,为现场静、动载试验解决了一个技术性难题。利用该装置对某工程混凝土预制静压桩进行了模拟交通荷载的现场静、动载试验。通过单桩竖向抗压静载试验和动载试验,分析了静动载对桩身轴力分布、桩身侧摩阻力和基桩沉降的影响及其变化规律。试验结果表明：在静动载作用下桩身侧摩阻力的分布规律基本一致,并且随着振动次数的增加,桩身上部侧摩阻力减小、下部略有增加,但动载循环超过30万次后,侧摩阻力趋于稳定。     

高静载条件下受频繁动力扰动时蛇纹岩动力学特性研究

基于改进的分离式霍普金森压杆（SHPB）岩石动静组合加载试验系统,进行了在不同静力轴压条件下受频繁动力扰动作用的动力学试验,研究蛇纹岩在高静载下受频繁冲击扰动过程中的动态变形特性、动态峰值应力和应变、能量变化规律和岩石破坏模式等动力学特性。研究结果表明：高静载条件下受频繁冲击扰动作用时,在动态峰值应力前,动态应力与应变呈正相关关系,而在动态峰值应力后,出现变形回弹和不回弹两种现象;随着动力扰动次数的增加,岩石动态峰值应力减小、动态峰值应变增大、动态变形模量减小、岩石由释放能量向吸收能量方向转化;随着预加静力轴压的增大,单次冲击过程中岩石损伤加剧,岩石破坏需要的扰动冲击次数减少,同时岩石由拉伸破坏模式向压剪破坏模式转变,破坏块度由小变大、均匀度降低。试验结果对揭示深部岩体承受高地应力和频繁开挖爆破等动力扰动作用下的破坏机制具有重要意义,同时为工程实际中通过调整围岩静应力状态和爆破以提高围岩长期稳定性的可行性提供了室内试验支持。     

断层破碎带变形破坏失稳过程模拟

为了研究断层破碎带在采动影响下的变形破坏失稳过程,采用电镜、薄片分析及蠕变力学试验方法分别对范各庄矿F₀断层物质的原样和3种含水量、5组样品的复制样进行了分析研究。在力学实验的基础上,借助数值仿真软件FLAC^3D完成了对断层破碎带变形破坏失稳过程的模拟计算。模拟结果较好地刻画出了承压水对上覆岩层及断层带的影响;开采活动对底板岩层的影响;断层破碎带受开采影响的大小和范围;承压水影响的时间效应和特定水头作用下承压水沿断层导升的高度。     

煤巷断层区顶板破断机制分析及支护对策研究

针对断层区煤巷顶板破断问题,分别建立了正断层和逆断层构造区的顶板弹性深梁力学模型,研究了顶板应力分布规律,并以Mohr-Coulomb破坏准则为判据,分析了不同顶板压力、支护强度、跨高比等因素下的顶板破断机制。理论分析表明,顶板深梁最大有效剪应力随跨高比增大而增大;其随跨高比不同而呈现出3种不同破断模式;穿越断层的巷道在断层区域应尽早使用强力支护系统,提高支护强度;穿越正断层的巷道在断层面附近应当提高护表效果。根据理论分析结论提出,在煤巷断层区使用让压型锚索箱梁支护系统,可对顶板围岩进行及时强力支护,实现“先控后让再抗”,既能有效发挥支护系统作用,又能充分发挥围岩自承能力。上述支护对策应用于巨野矿区断层区煤巷支护方案设计中,有效防止了顶板事故的发生,验证了理论分析的正确性。     

断裂带结构的识别方法及其控藏作用

正随着国内外学者对野外露头研究程度的增加,断裂带三维复杂地质结构及演化规律逐渐明确,精细刻画断裂带内部结构特征对明确油气运移方式具有重要意义。本文以长岭断陷龙凤山—东岭地区为例,利用岩心、测井、地震等地质资料定性、定量识别断裂带的内部结构,并划分断裂带结构类型,揭示断裂带结构发育类型的有序性变化规律。     

深部开采圆形巷道围岩破损区与支护压力的确定

应用经典塑性力学理论确定的圆形巷道围岩弹塑性应力场存在一些问题,这影响深部圆形巷道的稳定性评价及支护设计的合理性。应用塑性力学求解新体系确定的圆形巷道围岩弹塑性应力场准确解,进行了各向同性均质地层中圆形巷道破损区、地层残余强度与支护压力关系方面的研究,取得了如下成果:(1)破损区随开采深度的增加而增大,它们基本呈线性关系。(2)建立了支护压力与巷道埋深、围岩强度、围岩破坏后残余强度、围岩泊松比和重度之间的关系。研究成果可为支护设计提供重要参考。     

敦密断裂带北延与找煤前景的探讨

展布于黑龙江省敦密断裂带,具有分支性、分带性、线型展布特征,断裂带具有二个分支,为大和镇断裂带和七虎林断裂带,大和镇断裂带是敦密断裂带北延主要分支,七虎林断裂带是次要分支（叉）,二者控制的新生代含煤盆地具有良好找煤前景。     

太行山东缘断裂南支断层性质及断层泥K-Ar同位素定年

太行山东缘断裂是华北盆地西边界的控制性断裂,对研究华北盆地中-新生代油气藏、地震分布及成矿作用具有重要意义。通过对太行山东缘断裂南支断层几何学、运动学的详细研究以及对断层泥的X射线衍射分析、K-Ar同位素年代学研究,确定了太行山东缘断裂为枢纽性质正断层,由一系列北北东走向正断层组成,呈左阶阶梯状展布,断层活动时间为113.42±2.31 Ma。断裂在新生代再次活动,形成多幕式的断陷盆地。