潜导水及其在地下工程洞体突水中的作用

本文提出了潜导水的概念,并通过对潜导水主要特征、潜导水压传递原理、潜导水压大小的分析,阐述了潜导水在地下工程洞体突水中的作用。     

应用层次分析法评价富水优势断裂

基岩裂隙水探寻是一项意义重大的研究课题,富水优势断裂的确定是其中的关键。文章详细论述了运用层次分析法寻找富水优势断裂并进行分级的实施方法。这一方法的实施可归纳为"两个前题条件,五个分析步骤,一个结果判断",两个前题条件为富水性功能分类和构建优势指标体系,五个分析步骤为构建层次分析结构模型、构造判断矩阵、层次单排序及其一致性检验、层次总排序、对象层权重总排序;一个结果判断为利用层次分析的结果进行断裂富水性分级,从而最终确定出富水优势断裂。此法为富水优势断裂的定量化评价提供了一种简洁、实用的新方法。      

贵州槽谷斜坡地带富水特征及岩溶水勘查开发——以务川县黄都断裂富水构造为例

贵州务川县黄都为贵州斜坡槽谷地带的典型代表,区内缺水比较严重。由于受黄都阻水断裂的控制,在断层上盘一带的地下水异常丰富、水位埋藏浅,易于机井工程开发利用。通过对黄都断裂富水构造特征及机井工程开发利用地下水经验进行分析、总结,为该区及其它类似区域地下水开发提供了参考。     

贵州槽谷斜坡地带富水特征及岩溶水勘查开发——以务川县黄都断裂富水构造为例

贵州务川县黄都为贵州斜坡槽谷地带的典型代表,区内缺水比较严重。由于受黄都阻水断裂的控制,在断层上盘一带的地下水异常丰富、水位埋藏浅,易于机井工程开发利用。通过对黄都断裂富水构造特征及机井工程开发利用地下水经验进行分析、总结,为该区及其它类似区域地下水开发提供了参考。     

岩土优势结构面的储运水效应

运用系统分析的方法和优势结构面理论,提出了岩土优势结构面的储运水效应的概念,并对它的几个应用方面进行了探讨,结果表明:①岩土体中存在各种类型的结构面,实际岩土工程中的稳定、渗透和突水问题一般是由优势结构面所引起;②在找出优势结构面即富水优势断裂的基础上,确定优势井位、优势井深,可确保缺水地区找水的成功;③地下突水与优势结构面关系密切,但只有具备了多种储运水优势指标的优势结构面才是富水的,才有可能导致突水事故;④在降水和其它地表水的作用下,水将优先向边坡中优势结构面发生渗漏,而水的浸入又加速了土体的软化及结构面的生成,水与结构面相互促进,形成了恶性循环,最后导致滑坡的产生;⑤堤、坝及其地基中的优势面和优势层的存在是内在因素,而水是外在因素。内外因素的联合作用下可能导致堤坝的渗透、变形和破坏。     

焦作矿区充水特征及突水预测

焦作煤矿是我国著名的岩溶大水矿区，突水危害严重。本文从水文地质入手，在分析矿床充水条件的基础上，对突水机理进行分析研究：确定了中奥陶统岩溶发育带、岩溶水强径流带、构造、水压、隔水层厚度、矿压诸因素对突水的作用和影响，对突水频率、突水强度进行预测，初步提出了减少突水频率、降低突水强度的措施。     

地下工程洞体突然涌水条件的力学分析

本文依据力学原理分析了地下工程洞体形成前后岩体内应力、应变特征,总结出松弛断裂型和底鼓突破型两类突水的力学条件。并提出了集中力在岩体内形成应力的静态液压分布原理。     

地下工程中由控稳到控水的断裂屏障机制

结合工程实例分析了原始地质条件下的不导水断层在采动影响下透水并最终导致突水事故发生的作用机理。研究表明,在一定条件下,断裂破碎带成为围岩变形和采动应力传播的屏障。这种屏障作用的结果使得断裂带内岩体变形强烈,变形梯度大,开挖空间与断裂带之间围岩变形和采动应力集中加剧,这容易引起断裂带含有原生结构面的构造岩体和存在断层伴生裂隙的围岩变形错动,并进一步导致地下水导升。工程实例证明了这一分析的合理性。     

断层富水性的结构分析

缺水山区基岩裂隙水探寻是对地方经济发展和贫困区人民彻底脱贫、实现良性发展具有重大意义的课题,富水优势断裂的富水性分析是其中的关键.文章对断层的富水性从九个方面进行了详细的分析,指出断层的结构特征决定了其富水能力和富水部位,从而为断层中地下水的开发指明了方向.     

活动断裂带附近地下水中的氢同位素变化与地震关系研究

本文主要研究活动断裂带附近地下水中的氢同位素变化与地震的相关性。2009年1月初,我们在汶川地震的发震断裂带——龙门山断裂带南缘的雅安进行考察,并开始采集地热深井的地下水样品,到5月初结束。在采样期间,龙门山断裂带发生4~5级余震多次。对所采地下水样品氢同位素δD值的分析结果表明,发震断裂带附近地下水中的氢同位素异常与该断裂带上4.0级以上地震有一定相关性。从氢同位素δD值随时间变化曲线可看出,(1)震前氢同位素δD值由背景值逐渐降低,震后升高,然后再逐渐回归背景值;(2)地震的级别越大,氢同位素δD值变化越显著;(3)从氢同位素δD值开始系统地降低到地震发生,这个过程大约可持续一周左右时间,属于临震预报的时间范畴。从本研究结果可得出地下水中氢同位素δD值异常能够反映断裂带的地震活动性,可作为5.0级以上地震临震预测的一种方法。     

爆破工程地质灾害及其防治

因爆破作用而产生的诸如岩体失稳、爆破怍用方向改变、爆破飞石、爆破地震波等爆破工程地质灾害，对工程建设和环境产生了不同程度的影响，并日益受到人们的关注。基于爆破工程地质学理论研究及生产实践，作者提出爆破工程地质灾害的基本概念，系统分析爆破工程地质灾害的形成原因、机制、条件以及爆破工程地质灾害类型。在此基础上，提出了避免或减轻产生爆破工程地质灾害的具体措施。即必须重视和加强爆破工程地质勘测研究工作，正确运用爆破岩体工程地质力学原理，分析、评价爆破工程地质条件，预测爆破效果、质量及可能发生的爆破工程地质灾害，有效控制炸药能量与爆破岩体介质之间的相互作用和效果，最大限度地避免爆破工程地质灾害的产生。     

复杂环境下35 m倒锥壳水塔定向爆破

上海市闵行区曹行双柏路一座要拆除的高35 m锥壳式钢筋混凝土结构水塔,其周边有创意园、架空管线等,爆破区域周边环境较为复杂,倒塌方向单一,精准控制水塔的倒塌方向及爆破飞石和爆破振动难度较大。结合水塔的结构特点和周边环境因素,通过采取等腰梯形爆破缺口,预开设三角形定向窗的方式,对定向的准确性起到了决定性的作用;采用铺设黄砂和草袋的被动防护方法,竹笆和安全网的主动防护方法相结合的防护方法,可以有效控制爆破振动、飞石对周围的影响。爆破取得了较好的效果。     

爆破振动对任意形状地下洞室的影响研究

根据应力波理论和复变函数方法,建立了求解爆破地震波作用下任意形状洞室动态响应的解析方法。即通过保角变换的方法,将物理平面上任意形状的洞室映射到像平面的单位圆,将问题转化为应力波与单位圆形洞室的相互作用问题。以爆破地震波与一半圆直墙拱形洞室相互作用为例,求解了不同频率的爆破地震波以不同方向作用于地下洞室时围岩的应力和振速分布,结合围岩的抗拉强度,求解了各种工况下围岩的临界破坏振速。     

岩石时效损伤模型及其在工程爆破中应用

为了实现爆破智能化,降低爆破带来的负面影响,通过数值模拟预估出岩体中爆破诱发损伤的大小以及分布范围在工程上具有重要意义,其中科学合理的爆破损伤模型是关键。基于岩石介质是连续的、各向同性的、且存在初始裂纹的假设,把考虑时效的岩石拉裂损伤演化方程和双线形弹塑性本构结合起来,通过用户自定义简明地嵌入到大型LS-DYNA软件中,并引入了该软件中的侵蚀算法,对半无限岩体中临空面附近爆破漏斗问题进行了重点数值模拟,计算结果比较接近实际。本文方法在工程中将具有一定的参考价值。     

上海市区承压含水层结构类型分区

上海地区与工程建设密切相关的承压水主要赋存于微承压、第一、第二承压含水层中。本文在上海市区关键土层地质编图的基础上,针对与工程建设密切相关的承压含水层的分布特征,进行承压含水层的结构类型分区,为工程降水设计提供参考。     

利用钻孔注水试验测试爆区周边岩体损伤场的可行性研究

穿孔爆破是露天矿开采的主要模式,爆破产生的冲击效应将导致周边岩体出现不同程度的损伤破裂,影响台阶边坡的稳定性。提出一种利用钻孔注水试验评价爆破周边岩体等效损伤场的方法,通过向若干钻孔内注满水,记录不同时间的水位,绘制水位随时间的变化曲线,并最终获得不同位置的损伤程度及损伤深度。采用相对损伤因子定量化表征爆破对岩体的损伤程度,通过水位-时间曲线中速降段与平缓段的交界点反映岩体的损伤深度及损伤距离。通过试验发现,爆破引起的周边岩体损伤范围一般在20 m之内,引起的最大损伤深度在12 m以内;铁矿的抗爆能力高于灰岩,相同位置铁矿的相对损伤因子比灰岩的小7.5%左右,铁矿的最大损伤距离及最大损伤深度均比灰岩的小4～6 m;某些情况下注水后水位会快速降至某一特定高程,然后保持不变,表明该高程出现了贯通性导水带,可通过窥视仪等设备进行观察校核。     

爆炸荷载作用下浅埋结构动态响应有限元计算

采用有限元数值计算方法分析了地下浅埋结构的非线性动力响应,得到了结构在不同时刻的动态响应模拟计算数据。该地下浅埋结构由金属壳体和上覆土体共同组成,对于土体和金属壳体分别采用Drucker-Prager和Mohr-Coulomb屈服准则以及弹塑性本构关系,分析其非线性动态位移场和应力场。根据爆炸试验数据,研究了爆炸冲击波随距离和时间的变化过程,并且将其作为作用在结构内部的爆炸荷载。有限元数值模拟结果表明,采用非线性有限元模拟爆炸冲击荷载作用下地下浅埋结构的弹塑性动力响应是有效的,并且证明所设计的地下防护结构是安全的。     

内水压力下水工隧洞衬砌与围岩承载特性研究

衬砌与围岩是水工隧洞的主要组成部分,内水压力是其承担的主要荷载之一。采用轴对称计算模型,以衬砌与围岩间接触应力状态为判断标准,研究了衬砌混凝土开裂前后围岩渗透系数、变形模量等材料参数对衬砌与围岩联合承载特性的影响,详细地介绍了透水衬砌的设计方法和计算过程,以混凝土最大裂缝宽度为控制标准,编制了透水衬砌结构计算与配筋设计程序,并给出了算例验证。计算结果表明,围岩渗透系数是隧洞结构设计的关键,与围岩变形模量具有同等重要作用;围岩透水性越差或变形模量越低,衬砌与围岩越容易脱开;与混凝土开裂前相比,混凝土开裂后,衬砌与围岩更容易脱开;与钢板衬砌方案相比,钢筋混凝土衬砌方案可以很大程度地减小钢材用量;建议高压钢筋混凝土衬砌隧洞设计、施工时,应尽可能地保持围岩的完整性,并进行细致周密的固结灌浆,以增强围岩抗渗能力。     

鲜水河断裂带地热水化学特征及结垢趋势分析

地热资源作为潜力巨大的清洁能源,大力开发地热资源是我国实现双碳目标的重要路径。川西鲜水河断裂带地热资源丰富,但地热结垢成为了地热资源开发利用中的主要问题之一。为进一步查明地热资源的赋存状态和结垢趋势特征,本文以鲜水河断裂带上的磨西、榆林宫、二道桥、中谷、八美和道孚地热区为研究区,采用水化学分析、氢氧同位素、热储温度估算和结垢趋势特征分析等方法,开展了鲜水河断裂带地热水水化学及结垢趋势特征研究。结果表明：地热水的水化学类型主要为Na-HCO₃、Ca-HCO₃、Ca·Na-HCO₃和Na-Cl·HCO₃型;地热水主要来源于大气降水的补给且氧漂移现象明显;地热水均未达到完全的水-岩平衡状态,混合冷水后的浅部热储温度为61℃～172℃,深部初始热储温度平均值为183℃～284℃,冷水混合比例平均值为77%～86%;指数分析法和饱和指数判别法得出以上地热区均有可能形成碳酸盐结垢,硅酸盐结垢仅可能会形成于少数SiO₂含量异常高的区域,而硫酸盐结垢几乎不形成;依据硅-焓模型估算的冷水混合比例重构得出深层储层流体组分,计算得出二道桥地区的碳酸盐结垢程度是最严重的,主要是因为该区的热储岩性为碳酸盐岩,以及热储温度能促进CaCO₃沉淀。对于除垢和预防,可以采用机械拆除、控制CO₂分压、控制溶液的pH值和使用化学添加剂（阻垢剂）等。研究成果可为鲜水河断裂带及川西地热资源的可持续开发利用提供理论依据。