基于功效系数法和地应力场反演的深埋长大隧道岩爆预测研究

岩爆是深埋长大隧道面临的主要地质灾害之一,其“孕育-发生-发展”全过程异常复杂,使其成为地下工程中的世界性难题。准确反映地应力变化规律以及区域内地质构造影响,结合实测资料进行岩爆分级预测,对保障隧道前期勘察设计及后期安全施工具有重要意义。根据隧道工程地质资料,通过COMSOL Multiphysics和Rhino建立三维数值计算模型,反演分析得到整个区域的初始地应力场。在综合分析影响岩爆关键因素的基础上,从“储能性-倾向性-突发性”研究角度,选取岩石单轴抗压强度与围岩洞壁最大主应力比(σ_c/σ_max)、围岩洞壁最大切向应力与岩石单轴抗压强度比(σ_θ/σ_c)、岩石强度脆性系数(σ_c/σ_t)及岩石弹性能指数(W_et)作为评价指标。采用熵权法确定指标权重,运用功效系数法加权计算总功效系数值,构建了一种基于功效系数法和地应力场反演的深埋长大隧道岩爆预测模型,并将其应用于川藏铁路桑珠岭隧道。研究结果表明,该模型具有较高的准确性和可靠性,为类似深埋长大隧道岩爆预测提供了一种新的参考。     

深埋长隧道岩爆的预测预报及防治初探

岩爆是深埋长隧道的主要工程地质问题之一。目前基于岩爆理论和岩爆破坏机制虽提出了许多理论预测方法,但用于生产实际都有困难。作者在现场调研和查阅国内外文献资料基础上,对岩爆的预测预报及防治对策进行探讨 。     

虹梯关隧道围岩岩爆分析

虹梯关隧道隧址围岩以硬质岩为主,该隧道属特长深埋隧道,其附近地质构造也十分发育,工程地质条件复杂,发生岩爆可能性很大。通过对岩爆影响因素的分析,采用水压致裂法地应力测试,经陶振宇判别法、切应力准则等应力判断方法,认为虹梯关隧道隧址部分地段可能会发生轻微～中等岩爆。     

雪峰山隧道岩爆问题预测研究

通过对雪峰山隧道的工程地质条件、地应力场的研究, 并结合岩石力学试验研究, 运用地质综合分析和σ_θ/Rb判据这两种较为适用、有效的预测方法, 对雪峰山隧道的岩爆问题进行了预测研究。预测结果表明, 雪峰山隧道不会出现高烈度的岩爆, 但某些地段可能出现Ⅰ级或Ⅱ级的岩爆。研究成果为雪峰山隧道的设计提供了依据。      

深埋高地应力隧道勘察期岩爆烈度概率分级预测

岩爆是地下工程开挖过程中硬质岩体存储的弹性应变能突然、迅速释放的动态过程。我国西南山区正在建设或拟建大量深埋长大隧道,勘察阶段岩爆的准确预测对有效设计和控制投资十分重要。从隧道工程勘察阶段线路比选与设计需求出发,针对隧道勘查期岩爆灾害预测指标获取难、预测精度低的问题,以该阶段岩爆预测指标的易获取性为前提,利用贝叶斯网络解决不确定性问题的有效性来反映岩爆烈度与各影响因素的相关关系。基于473组岩爆灾害案例,采用4个预测指标（地应力、地质构造、围岩级别和岩石强度）来构建岩爆烈度朴素贝叶斯概率分级预测模型,利用十折交叉验证方法确定模型预测精度达84.47%。将该模型应用于雅安—叶城高速公路跑马山1号隧道岩爆段落,预测结果显示：28次岩爆预测中有24次正确、4次错误,准确率高达85.71%;其中2组错误预测中,现场判别为轻微-中等岩爆,而本文模型预测为轻微岩爆。验证结果表明所建立的贝叶斯网络模型具有良好的预测性能,研究成果可为我国西南山区深埋长大硬岩隧道勘察设计期岩爆灾害预测提供技术支撑。     

马坑山公路隧道岩爆预测研究

岩爆是高地应力条件下地下洞室开挖过程中经常遇到的一种动力失稳的地质灾害,直接威胁施工人员和设备的安全。论述了岩爆的定义、特征及发生机理,应用国内外相关岩爆判据判定和理论分析,提出对马坑山隧道开挖过程中是否会产生岩爆做出了最终判定。     

深埋长隧道地应力特征与岩爆预测

以沪蓉西高速公路上大量深埋长隧道为研究对象,采用水压致裂法进行了地应力测量,然后根据实测地应力资料,运用工程岩体分级标准判据法、陶振宇判据法和Hoek判据法对隧道岩爆进行了预测研究。结果表明:鄂西灰岩山区应力水平总体为中等偏高,最大水平主应力方向近EW向;埋深较深的坚硬岩石隧道有可能发生岩爆。为了充分保证施工的安全性,建议在施工过程中采取合理的开挖方式和防爆措施。     

莆炎高速公路文笔山2~#隧道岩爆综合预测研究

岩爆预测一直是地下工程世界性难题之一。以莆炎高速公路文笔山2#隧道岩爆预测为例,从研究区围岩的岩体特征和初始应力场着手,通过室内岩石力学试验和现场波速测试,获得隧道围岩的物理力学特性和完整性;采用水压致裂法实测研究区地应力的大小和方向,通过线性回归函数拟合分析了隧道洞身初始应力场分布规律,采用Kirsh概化模型计算分析了开挖后围岩重分布应力场分布规律。在此基础上结合国内外岩爆判别准则对文笔山2#隧道岩爆发生段落、部位和岩爆等级进行综合预测分析,为施工开挖和支护方案的制定提供依据。     

西南地区某隧道围岩岩爆预测研究

岩爆预测一直是地下工程领域中的世界性难题。本文以西南某隧道工程为例,从岩爆形成的3个条件：岩石岩爆倾向性、岩体完整性和高地应力环境3个方面着手,应用最大储存弹性应变能指标Es和岩石脆性系数B,对深埋隧道区段内可能发生岩爆的石英砂岩、灰岩岩体进行岩爆倾向性分析预测; 基于地应力测量数据资料,采用地质过程动态模拟的有限元分析方法,反演分析隧道工程区岩体地应力场,对隧道高应力区段作出判断; 根据现场所取样品试验结果综合分析隧道围岩的物理力学性质、岩石单轴抗压强度等。在分析和总结前人岩爆预测预报方法的基础上,以工程地质分析为基础,详细阐明隧道岩爆发生的条件,并以岩体力学和非线性科学理论为指导,采用地质综合分析、应力强度比法对隧道可能发生岩爆的部位及其强度进行综合预测。     

深埋隧道岩爆规模现场快速估算方法

以岩爆破坏的洞壁面积及爆落的岩体体积作为衡量岩爆灾害规模的重要指标,提出一种基于现场测量信息的爆坑几何形态快速建模及岩爆规模估算方法,该方法的重要组成部分包括:爆坑形态类型的概化、爆坑测量断面的选取、控制测点的确定及坐标记录、爆坑纵横断面轮廓线线型的拟合、洞壁破坏面积与爆坑体积估算公式的推导。针对工程中常见的窝型与V型爆坑,分别建立了适用于隧道直线形与拱形洞壁的岩爆规模估算公式,探讨了非典型窝型与V型爆坑,岩爆规模估算的近似处理方法。将所提出的方法应用于我国西南锦屏二级水电站深埋引水隧洞工程的岩爆规模估算,典型案例验证结果表明,利用该估算方法所给出的结果与现场实际的岩爆规模接近一致,估算误差约为15%以内。研究成果能够为岩爆烈度等级划分及严重程度的评定提供重要的基础性指标。     

锦屏二级水电站TBM施工中的岩爆问题分析及对策

锦屏二级水电站施工排水洞在施工前的101d内,仅掘进1027m。这期间共发生3次岩爆,直接影响到掘进的进程。按照岩爆发生的时间顺序,依次描述这3次岩爆的危害程度,影响范围。岩爆的发生具有一定的规律性,不仅与高地应力有关,而且与岩体的结构特征、赋水条件等有一定的关系。同时,TBM施工的特点也是加剧岩爆发生的因素之一。最后,通过对岩爆发生规律的分析,提出了相应的对策。     

公路隧道超欠挖的成因与控制

通过对隧道超欠挖数据进行统计分析，归纳出影响隧道超欠挖的5个主要因素，并论述了减小隧道超欠挖的方法。     

Effects of Portal Failure on Tunnel Support Systems in a Highway Tunnel

Geotechnical and Geological Engineering - The excavations of portal sections are always critical steps during the tunnel construction process, as previously excavated portal slopes can be...     

Measurement and Analysis of Vertical Displacements of Loess Test Section in Jundu Shan Tunnel

The Vertical displacements on the crown during excavation is monitored with WRM-3 type extensometer. Successful prediction of extensive coupes in a shallow buried loess tunnel with a large span is made. The emphasis of this paper is put on the interpretation of the whole measuring process at borehole 2. The relations between displacement and excavation of the tunnel, relative displacements in the ground and the surface subsidence are discussed tentatively. The results indicate that monitoring vertical displacements under this engineering condition is very important to ensure the stability and safe excavation of the tunnel. Finally, some conclusions are drawn that the largest vertical displacement during the excavation of top part (about 1/3 height ) of the tunnel occurred when the working surface was in the distance of 1.2 tunnel diameters from the measuring hole and that the change of vertical displacements was small during the excavation of the low part, which was equal to 30—40% of the largest one.     

军都山隧道黄土试验段垂直位移观测及分析

本文应用WRM-3型多点位移计在军都山大跨度浅埋黄土隧道施工中进行拱顶垂直位移监测并成功地预报了隧道大塌方。重点分析了2号孔位移全过程的实测结果。位移与施工,地中相对位移与地面下沉等的关系也进行了初步分析和讨论。认为在此种工程条件下垂直位移监测是确保隧道稳定安全施工的重要一环。得出了上部(约1/3洞高)开挖最大垂直位移量是在隧道开挖超过观测孔1.2倍洞径内发生,并且下部落底开挖垂直位移变化不大,仅相当于上部开挖最大位移量的30-40％的结论。     

公路隧道施工中的环境保护问题探讨

公路隧道施工中涉及到的环境问题包括生态环境、空气环境和声环境等方面，详细分析了公路隧道施工中对各种环境的影响，并提出了相应的环保措施。     

Deep Structure of the Lithosphere in the Central Tien Shan along the Son-Kul Magnetotelluric Sounding Profile

Doklady Earth Sciences - New results of a detailed study of the deep structure of the Central Tien Shan along the Son-Kul magnetotelluric (MT) profile crossing the Son-Kul Lake are reported. Based...     

Deep mechanisms in the Kyrgyz Tien Shan orogen (from results of seismic tomography)

Seismic-tomography studies were conducted in the Kyrgyz Tien Shan using two different observation schemes. The first was based on the arrival times of P and S waves from regional earthquakes recorded with local seismological networks (local scheme). Nonlinear tomographic inversion based on the LOTOS algorithm was used to construct the 3D distributions of P and S wave velocities in the crust beneath the Kyrgyz Tien Shan and to refine the earthquake locations. The second scheme was used to study the upper-mantle structure based on data from global earthquake catalogs (regional scheme). All the data on waves which at least partly travel within the volume studied were used here, including (1) those from regional earthquakes recorded at world seismic stations and (2) teleseisms recorded at the local stations. This approach was earlier applied to calculate the upper-mantle structure beneath Asia. We used a fragment of this structure beneath the Tien Shan and adjacent areas. A series of synthetic tests was performed to estimate the resolution provided by both schemes. The tomography shows traces of the delamination of the Tarim mantle lithosphere from south to north. Also, the local and regional schemes reveal evidence for cold-matter descent from north to south in the northern Tien Shan but on a much smaller scale. Low velocities in the upper mantle beneath the Tien Shan might indicate lithospheric thinning. These data suggest that mantle-lithosphere delamination is taking place underneath both the northern and the southern margins of the Tien Shan collision belt. Lack of the mantle lithosphere beneath the Tien Shan leads to lithospheric weakening and active deformation, thus causing intense orogeny.     

洋碰隧道断面形状设计优化问题研究

借助于数值分析的方法,采用以洞周位移作为判断依据的优化思想,从理论上探讨了京珠高速公路粤境北段洋碰隧道断面形状的设计优化问题.