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。     

隧道施工突水突泥灾害防控研究

隧道施工突水突泥灾害,严重威胁隧道工程建设的安全。弄清灾害成因,是隧道施工灾害防控措施决策的基础。本文在简述隧道施工突水突泥定义的基础上,从突水突泥致灾构造、隔水隔泥岩土盘突破和突水突泥致灾构造规模3个方面分析提出了隧道施工突水突泥3种成因,提出了包括确保隔水隔泥岩土盘厚度、节理裂隙化隔水隔泥岩土盘处理、突水致灾构造处理和突泥致灾构造固结支护的突水突泥灾害综合防控体系。     

基于层次分析法的岩溶隧道突水突泥风险评估

为控制岩溶隧道突水突泥风险,通过统计与理论分析相结合的方法,研究了相关工程实例,并基于层次分析法研究了岩溶隧道突水突泥控制因素与因素权值,提出了岩溶隧道突水突泥风险3阶段评估与控制方法。权值分析结果表明,不良地质、超前地质预报、地层岩性、地下水位是突水突泥风险的主控因素;其次为宏观前兆、监控量测、可溶岩与非可溶岩接触带、地形地貌、开挖支护;最后为微观前兆、岩层产状、层面与层间裂隙、围岩级别。3阶段评估包括初步评估、二次评估与动态评估,其中,初步评估是在施工方案制定前,为估计风险,对孕险环境(岩溶水文地质与工程地质条件)的评估;二次评估是在施工前,为评估施工组织设计合理性,综合考虑孕险环境与致险因子(施工因素)而进行的评估;动态评估是在施工期,为了动态评估与控制风险,综合考虑孕险环境、致险因子与风险控制反馈信息的评估。3阶段评估与控制方法可实时、有效、准确地控制岩溶隧道施工风险,实现风险的动态修正与管理。研究成果在翻坝高速鸡公岭隧道取得了成功应用,对类似工程具有一定的借鉴意义     

贵南高铁朝阳隧道出口平导6.10突水突泥事件分析

2018年6月10日,朝阳隧道出口平导发生岩溶突水突泥,持续时间约1 h,突水突泥总量约1.6×10⁶ m³。为完善施工掘进方案及排水方案,需分析突水突泥产生原因,评价后续施工带来的突水突泥风险,计算隧道涌水量。文章分析了隧道位置的地形地貌、工程地质、水文地质条件,阐述了发生突水突泥的平导掌子面超前地质预报实施情况及突水突泥发生过程,补充调查了灾害影响范围的工程地质、水文地质条件,完成了长达1年的平导涌水量－降雨量关系动态观测。平导突水突泥掌子面前方有水头高达84 m的巨型溶腔及管道系统,施工开挖揭穿溶腔底部后,填充于整个岩溶水系统的有压水流携带泥砂快速涌入平导并以较大动能冲出洞外,导致了6.10突水突泥事件的发生。隧道出口段岩溶水系统接受降雨入渗补给且径流通畅,洞内涌水对应的汇水面积为6.423 km²,计算极端暴雨后平导最大涌水量5×10⁴ m³·h⁻¹。突水突泥发生后山体内的静储量已得到充分释放,地下水位已降至平导底板高程,后续施工中再遭遇突水突泥的风险低。     

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。     

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。     

断层破碎带突水的时效特性研究

突水属重大地质灾害 ,一直引起人们的关注。本文认为突水瞬间表现一个综合效应下的瞬时地质事件。突水前表现一个与时间有关的地质作用过程。事件与过程都受多因素的影响 ,而且工程地质作用过程和突水瞬间与岩体由弹性变形 -阻尼变形 -常速流动变形 -加速流动变形相对应。突水具有时效特征。     

隧道软弱断层破碎带施工控制技术研究

以正阳隧道软弱断层破碎洞段为研究对象,分析了施工过程中出现的坍方、拱顶落石、掌子面涌泥、支护开裂剥落等造成施工障碍的工程难题,结合隧道所处地质条件、地理位置及施工措施等因素拟定安全施工控制技术方案,施工实践效果良好,可供同类工程参考。     

穿越断层隧道振动台模型试验研究

以西藏某复杂隧道工程为背景,开展了穿越断层隧道振动台模型试验研究。从试验模型相似比、模型箱设计和边界处理、模型制作、测点布置及地震波加载等方面,详细地介绍了试验方案。试验重点观察在地震作用下穿越断层隧道动力响应规律及特征。试验结果分析表明,穿越断层隧道和均质围岩隧道地震动力响应规律有相似之处,随着地震波的向上传播,岩土体地震响应增大;断层处衬砌破坏严重;断层对地震波在岩土体内的传播有一定影响。     

隧道岩溶突水、突泥危险性评价初探

通过对渝怀线圆梁山隧道等近20座隧道岩溶突水、突泥机制的深入研究,在充分考虑方法可操作性、适用性,定性与定量评价相结合的基础上,提出了“隧道突水、突泥危险性分级体系”。建立起了以可溶岩的物质结构、地质构造条件、场效应条件、其它条件因素为一级评价指标,以断裂破碎带宽度、承压水压力条件、地形地貌特征、隧道埋深等13个影响因素为二级指标的评价体系。用层次分析法确定了各因素的权重,采用定性、定量相结合的方法确立了各指标的隶属度,并根据隧道突水、突泥危险性级别制定了相应的防治措施。最后以圆梁山隧道毛坝向斜段为例,对隧道突水、突泥危险性进行了分级评价。结果表明,毛坝向斜段隧道突水、突泥极危险区长度为992 m,约占该段总长的54.07%。      

Model test on development characteristics and displacement variation of water and mud inrush on tunnel in fault fracture zone

Natural Hazards - The fault fracture zone, featuring a variety of fault rocks and associated fissures, is a special area which bears the most concentrated stress when it forms and develops. It is...     

高风险岩溶隧道掌子面突水机制研究

在我国西部强岩溶地区,越来越多的长大深埋隧道潜在突水、突泥的风险,由于隐伏岩溶水体位置、规模以及体量的不确定性,突水模式与类型异常复杂,隧道掌子面的突水风险系数极高。对于隧道开挖后围岩结构完整性较好的掌子面,在特大体量隐伏岩溶水体作用下,当开挖面进入安全厚度内迅速发生破断突水,具备明显的突变特征。针对隧道掌子面发生破断突水的突变特征,采用数值手段探讨了施工条件对突水突变现象的影响。将隧道简化为圆形,建立了掌子面失稳的折叠突变模型,通过对系统势能函数的分析,推导了隧道掌子面发生破断的突水条件和最小安全厚度计算公式,基于系统势能突变控制参数灾变演化路径的分析,提出了掌子面突水的具体防治措施,并结合工程实例验证了其可行性。     

东滩矿断层活化对3煤顶板突水的影响

兖州矿区东滩煤矿二叠纪3(3上)煤层与其顶部侏罗纪红层的间距约60～220m。回采过程中多数工作面未发生红层突水，或水量较小；4308和14301工作面却发生了红层突水，且水量较大。分析认为：采动影响使工作面内断层活化，增大了冒裂带高度，从而导通红层含水层所致，最后提出了防治红层突水的建议。     

承压型隐伏溶洞突水灾变演化过程模型试验

岩溶隧址区强致灾性承压隐伏溶洞较为发育,为研究隧道开挖诱发隔水岩体破裂突水致灾机制,以利川至万州高速公路齐岳山隧道为工程背景,研制了流固耦合相似材料,提出了承压溶洞制备新工艺,自主研发了大型隧道突水灾变演化模拟试验系统。针对隧道开挖方式与溶洞发育尺寸,开展了多种工况下隐伏溶洞突水灾变演化过程模拟试验,研究结果表明：隧道施工过程突水灾害是爆破施工扰动与承压含水溶洞渗透破坏双重作用的结果;受爆破开挖扰动影响,隔水岩体内部裂隙发育密集,重点监测区域累计位移高出人工钻凿开挖27%,应力释放率达23.5%,稳定渗透压力仅为初始压力的36.7%,外加水压加载至40 kPa约15 min后最先突水;相同水压加载条件下,溶洞尺寸越大对隔水岩体渗流场、位移场、应力场的影响越大,位移释放率越大、渗透压力整体水平越低,最终在应力和渗流作用下优势导水通道形成并扩展率先发生突水;承压型隐伏溶洞突水灾变演化过程经历了群裂隙的萌生扩展、优势导水通道的形成、隔水岩体破裂失稳3个阶段。试验结果对隧道突水机制的研究和灾害防治具有一定的指导意义。     

基于条分法原理的充填型岩溶蓄水构造突水突泥最小安全厚度

首次将条分法引入到充填型岩溶蓄水构造突水、突泥研究当中,基于边坡稳定性分析的条分法原理,对隧道-岩溶充填物-岩溶管道系统进行了抽象概化,建立了充填型岩溶蓄水构造充填物条分解析计算模型。假设充填物在滑动面上各处均达到极限平衡状态,且在滑动面上的破坏服从Mohr-Coulomb破坏准则,通过力的平衡条件推导了充填型岩溶蓄水构造突水突泥的最小安全厚度计算公式,形成了一种求解充填型岩溶蓄水构造突水、突泥最小安全厚度的工程实用解析方法。该方法为岩溶隧道突水、突泥计算提供了一种新思路,计算结果与数值计算吻合性较好且符合实际工程情况,具有一定的理论研究与工程应用价值。     

吉林中部断裂构造带的基本特征及其形成演化的研究

吉林中部断裂构造带位于梨树断陷东侧,断裂构造带包括南金山断裂、北金山断裂、吉林中部断裂、苏家屯断裂。本文介绍了火石岭期、沙河子期、营城期、登娄库期—泉头早期、嫩江期末期—明水期和喜马拉雅期,南金山断裂、北金山断裂、吉林中部断裂、苏家屯断裂构造形、成演化史。