基于格栅拱架的软岩巷道分步联合控制技术研究

针对煤矿深井软岩巷道大变形灾害频发难题,以淮南矿区潘三矿软岩大变形巷道为工程背景,在系统分析围岩失稳破坏大变形原因的基础上,提出了深部软弱破碎巷道基于格栅拱架的分步联合支护技术,包括：格栅支架+一次锚杆锚索、初喷、浅孔注浆、预应力锚杆、复喷150 mm厚混凝土、深孔注浆和帮顶预应力锚索。进一步,分析了格栅拱架支护控制原理,并采用FLAC^3D确定了基于格栅拱架的分步联合技术的最优支护参数。现场对比分析表明,格栅拱架支护围岩初期变形速率及最终收敛变形量均大于型钢支护,但加设二次支护之后格栅拱架位移能较快收敛,此外,格栅支护在经济和效率方面优于钢拱架支护。最后,通过现场监测,格栅拱架分步联合技术各工序的最优施工周期为：预应力锚杆、锚索合理的支护时间是注浆后10 d内,而深孔注浆之后预应力锚杆2周内较优。实践表明,基于格栅拱架的分步联合控制技术深井是软岩巷道围岩控制的一条有效途径。     

有限元法在双连拱隧道初期支护设计中的应用

结合某双连拱隧道的工程地质条件和支护设计特点,借助有限元软件3D-σ,模拟分析了隧道锚喷支护和锚喷钢拱支护两种支护方式的支护效果;并通过改变喷层厚度、钢拱架间距、钢拱架强度等支护参数,分析了其对隧道围岩稳定性的影响,为优化双连拱隧道初期的支护设计提供了参考依据.     

松散含水层下上提工作面压架因素敏感性分析与压架预防

为了防止类似淮南顾北矿1202（3）上提工作面再次发生突水压架事故,根据上提工作面覆岩破断特征,建立了自然拱覆岩结构力学模型,推导出低冒拱和高冒拱的拱高计算式,研究了工作面顶板断裂位置对支架载荷的影响,分别计算出松散含水层在自然拱内、拱外两种条件下的覆岩载荷,确定了滑落失稳和挤压变形失稳的压架判据。研究表明,上提工作面受到松散含水层内水的影响时,易形成高冒拱结构,拱内松散层重度增加,铰接岩块之间的接触力减小,承载关键层受到松散含水层内的水压影响,造成支架上的载荷急剧增大,导致上提工作面易发生突水压架事故。然而影响工作面突水压架既有地质因素,又有开采技术因素,盲目地增加支架工作阻力未必能降低工作面压架风险,支护成本必然急剧增加。基于此,定义了无量纲的压架敏感度指标,分析了压架因素的敏感性,并针对压架敏感性较高的因素,提出了“适当控制采高,开切眼顶板强制放顶,防止直接顶悬顶,采前疏水降压,加固工作面煤壁,提高支架支撑力,合理的设备选型,保证合理的工作面推进速度”等防压架对策,为类似条件下上提工作面安全开采提供一些理论指导。     

软弱围岩条件公路连拱隧道施工方法数值分析

针对软弱围岩条件（Ⅳ级围岩）大跨度连拱隧道施工安全和围岩稳定问题,结合工程实际,采用非线性有限元法,对连拱隧道施工过程进行了数值计算分析,对比了中导洞一核心土和三导洞先墙后拱施工工艺下隧道的位移特征、点安全系数、二次衬砌应力、锚杆和钢拱架轴向应力。实际工程研究表明,中导洞一核心土施工工艺开挖软弱围岩条件大跨度公路连拱隧道是可行的,对类似软弱围岩条件的隧洞施工有一定参考价值。     

基坑开挖支护中土拱效应分析

针对基坑工程领域土拱理论,分析了几个值得探讨的问题。土拱的存在形式是三维的,根据不同位置将土拱分为3类：桩间拱、桩后侧向拱和垂向拱。针对地下水对拱的破坏效应,提出了微结构失稳突变模型。对土拱的分析探讨期待对土拱理论的发展和完善起到积极作用。     

公路隧道型钢喷射混凝土初期支护安全评价研究

公路隧道常采用复合式衬砌,按“新奥法”原理进行设计和施工。对于软弱围岩段,采用型钢拱架（或格栅拱架）+注浆+锚喷网联合初期支护形式,型钢喷射混凝土初期支护的安全性评价方法是实现支护动态设计的关键。对初期支护安全性评价进行系统研究,建立了型钢喷射混凝土安全性评价数值计算方法。首先,根据监测数据分析围岩最终沉降量、水平收敛值,作为围岩力学参数反演的依据;其次,采用反演的力学参数,通过地层-结构法数值计算型钢拱架喷射混凝土初期支护内力;最后,采用型钢混凝土安全系数计算方法计算和评价初期支护安全性。研究发现,型钢拱架喷射混凝土初期支护能发挥型钢强支护作用,而喷射混凝土达到设计强度后,混凝土起主要支撑作用,型钢间距对提高初期支护安全系数不显著。     

安楚公路2~＃、3~＃大断面隧道破碎带掘进的技术措施

安楚公路的２￣＃、３￣大断面隧道均在断层破碎带中掘进，给施工带来了困难，为了确保工程的顺利进行，采用了微振弱爆破、正面短台阶、先拱后墙法的掘进技术；长管棚预注浆结合格栅拱钢支撑、喷－锚－网－喷的支护技术及围岩量测技术。     

基坑工程中土拱效应分析

针对基坑工程领域土拱理论,分析了几个值得探讨的问题,如土拱的存在形式和地下水对拱的破坏效应等,提出了初步见解,以期对土拱理论的发展和完善起到积极作用。     

抗滑桩结构土拱的分拆与联合研究

采用FLAC3D软件,建立了抗滑桩结构工程中摩擦拱、端承拱和联合拱3种数值模型。对比研究3种拱在形成发育、拱强度影响因素及规律等方面的异同,探讨了两单独拱的联合机制。结果表明,联合拱发育以摩擦拱形成为始点、以端承拱破坏为终点,两单独拱并存且各有明显的主导区。联合拱的分布区域、极限承载力和塑性区分布均可近似为两单独拱情况的叠加,且端承拱在其中占较大比例。不同影响因素对同种拱的影响性质及影响程度均存在差异,同一影响因素对不同拱的影响性质一致但影响程度不同。联合拱的分拆和两单独拱的联合,提供了研究土拱效应的新路径,有利于认识的深化和细化。     

隧道挤压型变形与支护特性研究

针对挤压型大变形问题,通过木寨岭隧道科研试验与相关资料分析,得出挤压型大变形具有变形量大、持续时间长的特点,一般两侧为变形优势部位。测试数据表明,刚性支护中围岩压力、拱架应力、锚杆轴力值均较大,其中拱架应力值可能超过材料屈服强度,边墙锚杆较拱部锚杆作用明显,围岩压力与变形增量呈反比关系;在挤压型变形隧道中允许有控制性地释放围岩变形,能够减小支护结构上的围岩压力,有利于隧道结构的长期稳定。文中阐述了可让式支护原理,对可让式支护结构预留变形量进行初步预测,数值计算表明,采用刚性支护将位移控制在较小的范围内需要足够大的刚度,而可让式支护具有能够允许围岩一定程度的变形同时减小支护结构受力的优势,可在铁路隧道中推广使用。     

大倾角煤层分层综采再生顶板破断规律研究

针对大倾角厚软煤层下分层安全综采问题,结合淮南矿区潘北煤矿1212（3）大倾角厚软煤层分层综采下分层工作面地质与工程条件,综合运用基于数字散斑、声发射监测与分布式光纤传感技术的物理模拟试验、基于煤系地层赋存禀赋建模技术的数值模拟试验相结合的研究手段,开展了下分层开采再生顶板破断倾向分区演化、再生岩体变形声发射能量与光纤应变响应规律及应力分布特征研究。结果表明：再生顶板破断由其破断岩块滑移、低中位悬臂梁和高位铰接岩梁断裂组成,双梁破断是引起下分层支架失稳的关键所在。下分层中上部双梁破断声发射能量呈高度聚集且持续时间短,光纤感知低位悬臂梁破断且中上部光纤应变峰值高,下分层中上部是支架与再生顶板稳定性控制的重点区域。下分层下部再生顶板破断岩块充填密实且粒径小,是架间与架前岩块漏冒多发区域。下分层再生顶板中形成高应力组成的应力拱,距采空区高度约30 m,双梁破断主要发生在拱内,拱中岩体破断对支架具有一定的冲垮作用。     

连拱隧道底部岩溶处理方法及其计算分析

目前隧道跨越溶洞的处理多以经验为主,处理后也无相应的评价方法,针对这一现状,采用理论计算方法对该问题进行了研究。结合一典型双跨连拱隧道工程实例,在综合比较多种底部溶洞处理方案的基础上,在隧道底部采用拱梁结构跨越溶洞,探讨了计算模型的建立方法和计算荷载的确定方法,提出了隧底拱梁结构的安全判定标准并对该工程实例的安全性进行了判断,所提出的计算方法对保证隧道安全具有重要意义。     

乌东德水电站左岸拱座长大结构面工程地质特征及其影响研究

拱坝所承受的荷载大部分都通过拱的作用传到两岸拱座岩体,拱坝所具有的一切优点都是建立在拱座稳定的基础上的,因此拱座是确定拱坝稳定的关键部位,拱座变形及抗滑稳定问题是拱坝建设中的关键工程地质问题之一。乌东德水电站左岸拱座在开挖过程中揭露两条长大结构面。本文从工程地质条件着手,在可研阶段的研究基础上,布置专项勘探,并充分利用施工揭露,查明了结构面的空间分布特征;利用大比例尺编录及物探测试,实现了结构面充填物性状的定量化研究;在此基础上,结合工程地质评价及数值计算分析结构面对拱座稳定性的影响。研究结果表明,这两条结构面为典型灰岩地区后期溶蚀作用改造前期构造痕迹形成的溶蚀性小断层,充填物以钙质胶结为主,胶结紧密,局部溶蚀性状较差,充填物中软弱物质断续分布,多为坚硬岩体直接接触;受其空间分布特征影响,结构面会引起拱座岩体局部应力集中,但对拱座抗滑稳定性无影响。所获得的成果基本形成了拱座岩体长大结构面工程地质特征及其影响研究的系统方法,可应用于现场实际工程,对拱坝的勘测、设计等具有重要的理论和实践意义。     

移动式工程钻探用钻架

在城镇、水库等工地施工，因受场地、周围环境等客观条件制约，选择合理的钻架尤为重要。近年来，随着对外地质市场的开拓，我队逐渐涉足房屋基础处理，大坝帷幕灌浆等工程项目。施工这些项目，原有相匹配的钻架，已不能适应需要。为此根据工程施工的特点，我队自行设计了专供对外工程项目施工的移动式YG型钻架。在3年多的时间里，经过四种类型工程14个工地的应用，证明这种钻架具备不需拆卸，即可实现迁移的特点，同时具有体积小，稳定性好、重量轻、适应性强等优点。     

岩质断层地基及其治理措施分析

我国西部水电等基础设施建设当中面临大量的岩质地基工程,该地区复杂的地壳构造运动和岩体变形使得岩质地基工程中常常分布有断层构造,形成了断层地基。断层地基上修建建筑物或构筑物时需根据断层的成因、产状、岩性等特征及建造对象的使用功能、结构形式、作用荷载等分别采取处理措施进行加固治理。处理的原则是明开挖、少扰动、强度高、接触好、防渗强、畅排水。处理措施一般包括填塞、架拱、衬洞、沉井、支撑（柱、框架、桩）、设墙、锚固等     

考虑拱效应的高面板堆石坝流变收敛机制研究

采用一种能模拟高围压条件的堆石料幂函数流变本构模型,探讨狭窄河谷条件下堆石体流变变形的发展规律及相应的控制流变变形的工程措施。数值仿真结果表明,在狭窄河谷中的堆石体存在着拱效应。由于拱效应的影响,如果不考虑堆石体流变导致拱效应减弱而增加的附加变形,数值仿真计算得到的大坝变形将小于其真实的变形。受拱效应影响,堆石体初期变形的速率受到抑制,但随着坝体的升高、蓄水后水压力的加大以及堆石体随时间发展等流变变形因素的影响,堆石体中的拱效应逐渐减弱。要减小面板浇筑后由于其下卧的堆石体流变产生的附加变形,可以尽量利用面板过水及堆石体挡水,以加快堆石体流变变形的完成。采取措施,避免大的陡坡突变以及面板浇筑时间滞后其下卧堆石体断面几个月。     

中国科学院武汉岩土力学研究所参与研究的交通部生态高速公路典型示范工程——“通透肋式拱梁新型隧道”正式开工

近日，中国科学院武汉岩土所与安徽省交通投资集团、安徽省公路勘测设计院共同研究设计的“通透肋式拱梁隧道”项目正式开工建设。正在建设中的安徽黄（山）-塔（桃）高速公路大部分路段穿越皖南山区，由于该隧道采用了半明半暗、肋式拱梁异型结构，避免了山体的切削和大量植被破坏，成为交通部建设生态高速公路的一个典型示范工程。该隧道结构型式新颖，为国内首创，有较为广阔的推广价值和应用前景。     

元古代构造格架若干研究方法进展

精确的古地磁方法和同位素测的方法的发展，有助于探讨深部的地震层析成像术的应用，以及基础地质新理论、新方法、新观点的迅猛发展，都推动着当前古元古代构造格架的研究，并是一些重大进展和认识。本文着重评述研究古元代构造格架的几种方法，综述了这几种方法的进展及利用该方法取得的成就。     

信息化设计与施工及其在高速公路隧道工程中的应用

信息化设计与施工是工程领域的重要延拓，对信息化设计与施工技术及原理进行了分析探讨，提出以勘查和施工过程中的信息为设计和施工依据，是信息化设计与施工的主要内容。结合襄十高速公路双联拱隧道工程，应用有限元法对该工程施工过程中围岩稳定性进行了分析计算，利用现场施工监测取得的资料，对初始设计与施工进行了优化。     

推力桩桩间土拱几何力学特性及桩间距的确定

从推力桩桩间土拱形成的机理和力学特性入手,根据桩间土拱的静力平衡以及拱脚处土体本身的强度条件,建立了相应的计算模型。得到了工程设计中的桩间距、拱厚与土拱拱高之间的方程组。在该方程组之中只要确定其一,其余二者便可相应求解。如假定的是土拱厚与土拱拱高中的一个,则得出桩间距与桩间土体的抗剪强度参数成递增的关系。就基坑工程土压力分布的特点,对其处理方法提出了建议。以工程实例对推导的桩间距计算公式进行了验证,结果表明：实际设计值与计算结果基本一致。