深埋隧洞围岩分类方法--JPQ系统

本文以某深埋隧洞围岩分类为例、以著名的巴顿岩体质量分类Q系统为基础,建立了高地应力、高外水压力条件下的围岩分类方法--JPQ系统,经验证该方法在某深埋隧洞围岩分类中适用性好,并可推广使用.     

DBQ系统——深埋隧洞软弱围岩分类方法

以巴顿岩体质量分类体系Q系统为基础,考虑高地应力和低外水压力对软弱围岩的影响,建立DBQ软弱围岩分类系统。在现场地质调查和参数收集的基础上,把该系统应用到丹巴某深埋隧洞已开挖洞段。结果表明其适用性良好,为该隧洞软弱围岩快速准确分类及支护设计提供了依据。     

高地应力下隧道围岩动力损伤分析

为预估和控制爆破荷载作用下围岩损伤范围,在赣龙铁路梅花山隧道工程现场进行岩体声波测试,得到围岩的损伤范围。根据爆破荷载作用下岩体损伤发展规律,采用基于概率形式的损伤变量定义,运用三维有限差分软件对不同地应力状态下爆破产生的围岩损伤范围进行数值模拟,并与现场岩体声波测试结果进行比较。计算结果表明,数值计算与实测结果有较好的一致性,随着地应力大小增大,围岩损伤范围呈现先减小后增大的趋势,且增大幅度较大,地应力较高时,局部部位如顶板、底板损伤更为明显,说明地应力大小对围岩损伤分布有着显著影响;随着侧压力系数增大,损伤范围先减小后增大,但增速逐渐减小。所得到的结论可为高地应力下隧道稳定性分析和支护设计提供依据。     

高地应力条件下爆破开挖诱发围岩损伤的特性研究

高地应力条件下隧道或硐室钻爆开挖需考虑初始地应力动态卸荷效应,同时其最终损伤形态会受多个因素影响。采用三维有限差分软件FLAC3D讨论了爆破荷载与地应力动态卸荷复合作用下隧道围岩损伤分布,并重点研究了侧压力系数、岩体力学性质、卸荷速率对围岩损伤范围的影响,最后通过赣龙铁路梅花山隧道开挖损伤区检测结果进行了验证。研究表明,考虑动态卸荷效应的围岩损伤范围明显大于只考虑爆破荷载作用下的围岩损伤范围,在中高地应力条件下,初始地应力动态卸荷对围岩的损伤破坏作用不可忽视;随着侧压力系数逐渐增大,损伤区形态呈现明显的方向性,当侧压力系数为1时,损伤区沿开挖轮廓面分布较为均匀,侧压力系数不为1时,损伤区主要向小主应力方向集中;岩石力学性质越好,损伤范围越小;卸荷速率越快,围岩损伤范围越大,但影响并不十分显著。结果可为高地应力下隧道开挖稳定性分析和支护设计提供一定参考。     

关于TBM施工隧洞围岩分类方法的研究

本文针对TBM施工隧洞中的围岩分类问题,通过分析研究国内外大量TBM施工实例和一些现场及室内岩石力学试验结果,指出TBM施工条件下的隧洞围岩分类应针对围岩的可钻掘性,充分考虑影响TBM掘进效率的主要工程地质因素,提出了在《工程岩体分级标准》围岩稳定性基本分级的基础上,依据岩石的单轴抗压强度、岩石的耐磨性和岩体的完整性将TBM施工条件下的隧洞围岩分为A(好)、B(一般)、C(差)3个级别的围岩分类新方法,并将该方法应用于掌鸠河引水供水工程TBM施工段工程实践,取得了良好的效果.     

隧洞围岩分类与洞径和超欠挖之间的关系研究

岩体的地质结构特征是影响隧洞围岩超欠挖的主要因素,正确评价岩体的质量,对岩体进行分类,并研究岩体质量与隧洞超欠挖之间的关系对分析和预测隧洞超欠挖具有重要的意义。对隧洞围岩的RMR分类和Q分类与超欠挖之间的关系进行了详细研究,研究了在同类岩体条件下不同开挖洞径与隧洞超欠挖之间的关系,并由此建立了RMR分类和Q分类之间的关系,得出围岩的RMR分类和Q分类与隧洞超欠挖呈线性关系和对数线性关系,根据超欠挖建立起来的RMR分类和Q分类之间的关系比较符合工程实际。最后研究了超欠挖与围岩分类及洞径之间的复相关关系。     

四川锦屏二级电站高水头超深埋隧洞围岩质量分级快速评价方法

四川锦屏二级水电站地处雅砻江中游,流域地形深切狭窄,采用低闸拦截、长引水方案发电,引水隧洞长近17km,最大埋深达2 525 m,地应力高达70 MPa,水压力高达10.2 MPa,其围岩分级方法超越了目前规范标准的应用范畴,现场涌突水、岩爆等地质问题突出。在介绍引水线路地质条件基础上,提取了岩石强度、岩体结构、完整性、高地应力、高外水压力等关键因素,进行影响规律分析,并利用近3年时间连续跟踪、收集的大量地质资料,进行统计分析,归纳各因子的影响权重,建立了适用于锦屏二级水电站高地应力高外水压力条件下的围岩质量快速评价方法,通过现场应用,快速判定的结果与现场类别吻合率均达到88%以上,可为进一步的隧洞地质灾害加固处理提供可靠依据。     

基于云模型的隧洞围岩工程地质分类方法及应用

本文将云模型理论应用于隧洞围岩工程地质分类,通过建立隧洞围岩分类多级定量指标体系及评价等级标准,计算隧洞围岩云模型隶属度,将定性评价与定量划分成果进行结合,判定隧洞围岩工程地质类别。通过工程实践应用,该方法对围岩分类问题中的模糊性和随机性进行了统一,围岩分类结果与多位地质工程师联合判断结果相比较,在共计15段围岩中有14段相同,具有高的准确度,云模型理论应用于隧洞围岩分类是合理可行的。     

隧道掘进机施工条件下的隧洞围岩分类方法探讨

针对隧道掘进机(Tunnel Boring Machine--TBM)施工隧洞中的围岩分类问题,指出TBM施工条件下的隧洞围岩分类应针对围岩的可钻掘性,充分考虑影响TBM掘进效率的主要工程地质因素,提出了在《工程岩体分级标准》围岩稳定性基本分级的基础上,依据岩石的单轴抗压强度、岩石的耐磨性和岩体的完整性将TBM施工条件下的隧洞围岩分为A(好)、B(一般)、C(差)3个级别的围岩分类新方法。     

基于响应面方法的围岩参数随机反分析

在有限元分析的基础上，应用响应面方法拟合岩体参数与岩体位移之间的非线性映射关系，以代替有限元的数值模拟，考虑变形量测的随机性，结合响应面方程、优化方法和Monte-Carlo技术，根据位移反分析的最小二乘原理，对围岩参数进行随机反分析，反演结果给出参数的特征值，为围岩稳定性和可靠度分析提供必要的数据，数值结果表明该方法具有较好的计算精度。     

投影寻踪评价模型在隧道围岩稳定性分级中的应用

隧道围岩稳定性分级对隧道工程设计和施工具有重要的意义。利用影响隧道围岩稳定性的多种因素,应用投影寻踪评价模型建立隧道围岩稳定性分级方法,探讨了利用不便于量化为投影指标的影响因素对投影分级结果进行修正的方法。应用实例表明,投影寻踪分级结果与其它分级方法的结果相符,证实了方法的正确性。     

《工程岩体分级标准》在深部巷道围岩分级中的应用及分析

通过对新旧国标GB 50218-94、GB/T 50218-2014《工程岩体分级标准》相关内容的对比分析,指出了新国标的改进。在国标GB/T 50218-2014《工程岩体分级标准》岩体质量分级的基础上,提出了岩体基本质量指标BQ的简化计算方法,并绘制了岩体基本质量指标与岩石完整程度系数之间的关系,并建立了BQ与R_c、K_v之间的关系表,通过图表结合可以较快地确定岩体基本质量等级。结论可为地下工程稳定性分析提供参考。     

岩溶隧道围岩动态分级方法研究

岩溶隧道在勘察设计阶段很难对岩溶发育情况给出准确具体的评价,导致此阶段进行的围岩级别划分与实际施工阶段揭露的情况存在差异。因此,有必要对岩溶隧道进行施工阶段的围岩动态分级。本文通过对岩体基本质量指标的综合修正,得到岩溶隧道围岩动态分级的定量方法,并成功应用于仙人洞隧道岩溶围岩的动态分级中,使围岩的分级与实际情况更加接近,确保了施工的安全与合理。     

深埋隧道地质构造发育段围岩压力的特点

以龙厦铁路象山特长隧道地质构造发育、埋深大于500 m段围岩压力及围岩变形的现场测试资料为依据,对大埋深隧道地质构造发育段围岩压力的特点、变形压力的形成机制等进行了研究。研究表明：大埋深隧道,结构面或褶曲、逆断层发育,但地下水不发育的地段,即使围岩强度较高,隧道开挖后仍可能出现较大的变形;围岩较大变形主要是由于在自重应力和残余构造应力作用下被挤密的结构面在隧道开挖后因侧向限制消除而张开、扩容引起的,受其影响,初期支护将受到较大的围岩变形压力。上述地段围岩压力具有下列特点：（1）地下水不发育区段的围岩压力比地下水发育区段的大;（2）隧道纵向发育向斜的区段,拱顶至拱腰段围岩压力最大,越趋向于向斜核部,拱顶围岩压力越大;（3）发育褶曲的断面,与褶曲轴线垂直方向的围岩压力较大;（4）发育逆断层的断面,与断层倾向相反侧的围岩压力较大,该侧断层面附近的围岩压力最大,对侧断层面附近的围岩压力最小;（5）下台阶的围岩压力比上台阶的小,两者的相对差随上、下台阶施工间隔时间的延长而增大。     

正交各向异性岩体中非圆形水工隧洞的解析解

将围岩和衬砌分别视作均质、连续的线弹性正交各向异性和各向同性体,并充分考虑衬砌的支护滞后效应和隧洞运行时的内水压力作用,运用复变函数方法中的幂级数解法,提出了正交各向异性岩体中任意形状水工隧洞的力学解析方法。以直墙半圆拱形水工隧洞为例,所获得的解析解可精确满足衬砌内边界的应力边界条件以及围岩与衬砌接触面的应力、位移连续条件,同时还将解析结果与ANSYS数值结果对比分析,吻合良好。利用获得的解析解,讨论了围岩开挖面上不同的各向异性程度、不同的弹性对称面角度以及隧洞内不同的水压荷载对衬砌以及围岩上应力和位移分布的影响。     

深部硬岩矩形隧洞围岩板裂破坏的试验模拟研究

为了深入认识深部硬岩矩形隧洞围岩板裂破坏的发生机制,利用花岗岩材料加工含预制矩形孔洞（40 mm×40 mm）的立方体试样（100 mm×100 mm×100 mm）,并采用TRW?3000岩石真三轴电液伺服诱变试验机进行了模拟试验研究。模拟试验中首先以深部1 000 m的地应力条件作为初始加载应力状态,保持孔洞径向和轴向的水平向应力不变,然后在竖直向加载直至孔洞两侧洞壁围岩发生破坏,并保证试样整体始终处于稳定状态。加载过程中利用岩样内部结构破坏实时视频监控系统,进行全程的实时记录和监测。试验结果表明,在竖直向为最大主应力和水平轴向为中间主应力的情况下,矩形孔洞两侧洞壁围岩整体发生明显的板裂破坏,破坏区域呈对称状,而顶板和底板始终保持稳定状态。侧壁围岩的破坏方向平行于竖直向,呈现典型的张拉板裂状破坏特征。整个破坏过程划分为平静期阶段、洞壁两侧上下肩角处颗粒弹射阶段、侧壁围岩裂纹扩展阶段和裂纹贯通板裂破坏阶段。当进入到裂纹贯通板裂破坏阶段时,无论是加载还是保载过程,板裂破坏都可能持续发展。试验过程中,试样洞壁两侧围岩的板裂破坏整体上呈现静态破坏模式,而且破坏区域沿水平方向逐渐向洞壁深部发展,最终形成沿轴向的贯穿型对称弧形槽。     

岩体分级考虑因素的现状与趋势分析

在对国内外岩体分级方法深入研究的基础上,对岩体分级方法中所考虑的岩体分级因素及对各因素的处理方法进行了系统的归纳和总结。从岩体分级方法的现状来看,虽然目前尚无统一的岩体分级标准,但在岩体分级中应根据岩石的强度、岩体的完整性、地下水条件、地应力状况等多方面因素,进行岩体综合分级上达成了共识,并且国内规范中的岩体分级标准有趋于统一和向国际标准接轨的趋势。     

隧道围岩内地下水渗流边界效应影响研究

根据水位条件、施工工艺和防排水设计原则将隧道渗流计算围岩透水边界条件大致划分为4种类型,并分析了不同透水边界条件适应的施工工况。基于复变函数理论和保角映射方法,推导得出4种透水边界条件下隧道围岩内任一点孔隙水压力和隧道涌水量解析计算公式,通过与数值解的对比,印证了解析解的准确性。在此基础上,根据不同透水边界条件下隧道涌水量和围岩关键点孔隙水压力随埋深直径比（ ）的变化规律,分析了透水边界条件的变化对浅埋隧道和深埋隧道的影响,并探讨了浅埋水下隧道渗流计算中透水边界条件的选取。相关结论与认识对于隧道渗流计算和排水设计具有一定的指导作用和参考价值。