基坑开挖对涉支护结构下穿盾构隧道变形的三维模拟与影响规律研究

依托某大厦基坑支护工程项目,研究深厚软土地层中基坑开挖对涉支护结构下穿盾构隧道变形的影响规律。采用三维有限元数值模拟分析隧道顶部支护桩的长度对支护结构变形和隧道隆起的影响,并将数值模拟结果与现场监测结果进行对比。结果表明：深厚软土地层中基坑开挖对下穿盾构隧道产生了较大的隆起变形;因下穿隧道的影响,隧道顶部支护桩嵌固深度的减小对支护结构的变形和下穿隧道的隆起会产生重要影响,当支护桩底与隧道顶的竖向间距S＞4 m或支护桩边缘与隧道边缘的水平间距S1＞4 m 时,支护桩的踢脚位移和下穿隧道的隆起变形迅速增加。研究成果可为类似工程提供应用参考和理论支撑。     

基于物理模型试验的含多层软弱夹层顺层开挖高边坡变形破坏特征分析

含有多层软弱夹层的开挖边坡具有坡体结构复杂、稳定性评价及治理难度大的特点。以黔西地区现场开挖高边坡为研究对象,建立室内物理试验模型,通过不同的工况开挖,呈现变形破坏演化过程,分析变形破坏模型及形成机理,确定失稳破坏范围。结果显示:开挖边坡裂隙产生由表及里,由上及下,由最初的陡倾短小裂隙扩展延伸,最终贯通,形成近似平行岩层的长大裂缝;缓坡度开挖变形破坏为浅表层,整体稳定性较好,失稳范围及规模较小;陡坡度开挖变形破坏规模大,稳定性较差,以滑移-拉裂深层失稳为主;浅层滑坡滑面以层间泥化夹层剪切为主,基本呈直线状;深层滑坡滑面以层间泥化夹层剪切以及陡倾裂隙组合形成阶梯状。该研究成果对于黔西地区的顺层开挖高边坡设计、稳定性评价、治理措施选择等具有重要的指导意义。     

西藏南冈底斯叶巴火山弧的构造-地层属性及其演化

南冈底斯岩浆岩带出露的一套早—中侏罗世火山-沉积建造经历了多期构造变形,致使这套火山-沉积层序发生了强烈的面理置换,形成了典型的构造-岩石地层。依据造山带地层划分方法将叶巴火山弧厘定为叶巴岩群,并根据内部岩性组合特征和构造变形特征将其进一步划分为邦堆岩组、叶巴岩组、甲玛岩组。运用构造解析原理划分了3期构造变形事件。第一期构造变形为脆-韧性剪切变形,剪切方式为纯剪占优的一般剪切变形,透入性面理S₁普遍置换层理S₀(S₁∥S₀),伴生倾伏向85°~100°陡倾的拉伸线理,运动学指示顶面朝西运动,存在左行和右行两个方向的剪切旋转碎斑共存的现象;EBSD实验结果显示变形的温度≤380 ℃,石英颗粒细粒化明显,重结晶方式为亚颗粒旋转重结晶;⁴⁰Ar-³⁹Ar年代学结果表明该期构造变形时代约为79 Ma,其可能代表新特提斯洋板片低角度(平板式)俯冲引起在弧后挤压背景下形成的挤出构造。第二期构造变形表现为S₁面理发生纵弯褶皱变形形成的轴面劈理S₂,轴面产状倾向北或南,倾角40°~70°,枢纽向西或北西西倾伏;结合区域地质演化特征,认为其可能是在晚白垩世(79~68 Ma)南北向持续的挤压应力条件下,南冈底斯弧后盆地整体向上挤出,引发上地壳缩短、加厚进而导致褶皱作用的发生。第三期主要为浅层次膝折构造和近东西向正断层,最大主压应力方向为铅直向,最小主压应力方向(伸展方向)为近南北向;结合区域构造演化特征,认为该期变形可能代表渐新世末—中新世初期(23.74~21.1 Ma),印度岩石圈或青藏高原岩石圈或两者组合的拆沉作用引起冈底斯岩基隆升(主要动力学机制)和GCT活动并共同作用导致近南北向伸展滑覆事件发生。     

基于深部地球物理信息的构造变形岩相分类研究

“构造变形岩相”填图方法的创立和应用为老矿区深部及外围的找矿工作指明了方向,在实践中取得了显著的效果,需要大力推广和深入研究。对于构造变形岩相带的深部结构认识,需要依靠地球物理信息的解译。与地球物理场性质相类似,构造变形岩相带也是一个现存的地质体;物探工作目的是要探测和揭示构造变形岩相带的埋深、轮廓、内部结构构造等特征,为确定其形成时间和演化过程提供依据。由于地质与地球物理的复杂时空关系,如果仅以新鲜岩石标本物性参数的差异作为判别标志,难以提高地球物理方法的分辨率和有效性。结合构造变形岩相进行综合解译,更能提高解释推断成果的多学科融合性。作为终极勘探目标,需要紧密结合构造控矿级序,建立构造变形岩相带的三级分类标准,提取对应的地球物理信息:一级构造变形岩相带为目标物所处的构造单元及构造应力场,及其所对应的区域地球物理场特征,如隆凹构造相间的伸展构造域;二级构造变形岩相带为目标物所处的控矿构造体系,及其所对应的矿田地球物理场特征,如岩浆核杂岩隆起-拆离构造系统;三级构造变形岩相带为目标物所在的有利成矿构造部位,及其所对应于关键剖面的地球物理特征,如侵入岩体与围岩的接触带或者含矿断裂带等。选择国际流行的典型金属矿床类型,介绍了三级构造变形岩相带的地球物理组合信息特征及其分级利用操作流程,为有效应用地球物理勘探方法开展深部找矿预测提供了范例。     

胶东金矿成矿深度的构造校正测算及成矿预测

成矿深度测算对于矿床学理论研究和深部找矿都有重要意义。经典的成矿深度“压力/比重”计算方法,缺乏考虑构造应力在成矿过程中的影响。前人按照“压力/比重”的计算方法,提出胶东蚀变岩金矿是6 000~8 000 m深的元古宙成矿,石英脉型金矿是深度在3 000 m左右的中生代成矿,并据此建立了金矿垂直五层楼的分带模式。依据该模式指导的深部预测勘查效果不好。“成矿深度构造校正测算”是近几十年逐渐成长起来的一个新方法,即先减去“构造附加压力”后再进行成矿深度测算。本文介绍“成矿深度构造校正测算”的计算方法,指出其应用条件和预测意义。开展成矿深度构造校正测算需要以下条件:(1)确定成矿模式;(2)开展野外构造变形岩相测量;(3)测量岩石矿物应变,恢复成矿构造应力场,计算构造附加静水压力;(4)测算成矿深度。根据“成矿深度构造校正测算”方法已经获得胶东多个典型金矿成矿深度的测算结果:(1)夏甸金矿成矿深度为-1 979.51~-3 014.72 m;(2)焦家金矿成矿深度为-1 632.4~-2 331.6 m;(3)大尹格庄金矿成矿深度为-2 775.4~-4 164.5 m;(4)新城金矿成矿深度为-1 781.29~-2 750.0 m;(5)玲珑金矿成矿深度为-720.55~-3 454.97 m。根据以上典型金矿成矿深度的测算结果,本文认为胶东金矿属于深-1 000~-4 500 m的浅成热液剪切带型矿床,由此推断胶东典型金矿矿体主要部分仍然赋存在深部。按照“构造校正测算”方法得到的成矿深度,结合地质、物探和化探信息,预测金矿发育“深部第二富集带”,已经得到胶东金矿勘查工作的证实。     

中国中西部褶皱冲断带构造变形机制与结构模型

基于复杂构造解析和实验模拟研究,揭示了中西部前陆褶皱冲断构造带主要表现为受侧向挤压形成的滑脱冲断构造变形过程和结构样式;明确了单层滑脱挤压冲断构造变形存在临界增生和非临界增生两种变形机制,发育脆性拆离型、塑性滑移型和黏性流动型3种作用类型,并受滑脱层强度、地层厚度、底部边界和外动力过程等4种主要因素影响。复杂冲断构造带基本上表现为受多层单滑脱作用控制形成的垂向叠置组合结构,本文提出了复杂滑脱冲断变形结构的可分解性以及受不同性质的滑脱层组合控制形成特征结构模式,并揭示了前陆冲断带前缘多滑脱构造变形结构中由浅层向深层逐渐发育的变形时序;建立了中西部再生前陆冲断带结构模型、构造单元以及基本构造类型;并基于前陆盆地多阶段构造演化过程以及晚期的隆升剥蚀-沉降沉积过程,提出了中西部两种类型冲断带的控油气作用及其勘探领域。     

顺层岩质边坡溃屈变形机制及失稳判定方法

溃屈型破坏是一种常见的顺层岩质边坡破坏模式,溃屈变形发展机制及失稳破坏的定量研究对滑坡工程勘查和防治指导十分重要。本文根据边坡的地质环境和力学作用机制,建立了三维受压板简化模型,其能够考虑岩层自身重力、地震力、静水压力的共同作用和岩体材料塑性变形的影响。基于弹塑性受压板稳定理论,利用能量法推导得到了边坡溃屈变形破坏的临界方程。对于溃屈型边坡的结构失稳和滑动失稳分别提出了相应的稳定性判定方法,并针对不同状态的边坡提出了相应的防治措施建议。以四川省甘孜藏族自治州巴塘县下归哇边坡为例,对所提判定方法的正确性进行了验证。计算结果表明,边坡的临界溃屈长度（a1）为483.8 m,说明下归哇边坡能够发生溃屈变形;现场勘查得知边坡实际溃屈长度（a′）为530.0 m,a′＞a1,可知边坡是稳定的。这与实际情况相吻合,由此证明本文所提出的判定方法可行。     

不同应力路径下饱和重塑黄土的力学特性

土体的力学特性往往因应力状态和应力路径而异。为了探讨垂直加载和等剪路径下饱和土的力学特性,制备饱和重塑黄土试样,通过固结不排水（CU）和常剪应力排水剪（CSD）三轴试验,分别测定并绘制其应力-应变曲线、孔隙水压力变化曲线和应力路径曲线。试验结果表明,饱和重塑黄土在2种路径下有明显不同的变形特点:CU路径下的应力-应变曲线皆呈弱软化型,孔隙水压力先快速上升后逐渐趋于稳定;CSD路径下维持偏应力为一常量,施加孔隙水压力后的很长时间内试样变形很小,当孔隙水压力增大至试验围压的60%~75%时,试样迅速破坏。CSD路径无偏应力峰值,文中根据轴应变随平均有效应力变化曲线定义了等效峰值破坏线。通过对比发现,2种路径下饱和重塑黄土的有效峰值强度指标差异明显,而有效残余强度指标相近,表明有效残余强度指标是重塑黄土内在属性,受应力路径的影响不大。该研究结果可为实际工程选取正确的应力路径试验提供参考。     

多年冻土区L型挡墙水平冻胀效应计算方法与分析

针对多年冻土区L型挡墙设计中水平冻胀力计算方法不完善的问题,基于利夫金地基模型及挡墙?土体之间的协同变形原理,分别建立了墙后有无换填土两种情况下的L型挡墙水平冻胀效应计算模型,利用叠加原理及有限差分法对所提出的计算模型进行了求解,并依托MATLAB自行编制了水?热?力耦合分析软件。结合工程实例,应用提出的L型挡墙水平冻胀效应计算方法得到的水平冻胀力值分别与现场实测值、修正土压力值、规范经验值及水?热?力耦合软件模拟值进行对比分析,结果表明：提出L型挡墙水平冻胀效应计算方法得到的水平冻胀力值与现场实测值及数值模拟值在大体趋势上吻合较好,修正土压力值、规范经验值低估了水平冻胀力对挡墙的作用;相比规范经验值及现场实测值,提出的L型挡墙水平冻胀效应计算方法得到的水平冻胀力沿墙高呈抛物线和梯形两种分布模式,更具有普遍性;通过多场耦合分析可知,所提出L型挡墙水平冻胀效应计算方法与水?热?力耦合方法得到冻胀力趋势相似,表明了计算方法的可行性,可为多年冻土区L型挡墙设计提供一定的理论支持和指导。     

垃圾土中排水柱孔扩张问题弹塑性解

随着城市规模扩大,一些垃圾场地被再次利用进行工程建设。垃圾土具有高压缩性、可降解性,其纤维成分具有一定的加筋作用,这些特性给垃圾场地中静力触探、沉桩、旁压试验等工程的开展带来新的挑战。为此,基于考虑纤维加筋作用的垃圾土本构模型和大变形理论,通过引入中间变量,将孔扩张问题转化为求解一组给定边界条件的常微分方程组,继而给出垃圾土中排水柱孔扩张问题的弹塑性理论解。通过将退化解与既有基于修正剑桥模型的柱孔扩张解答对比验证了结果的可靠性。在此基础上,系统分析了超固结比和纤维含量对柱孔扩张过程中孔周应力分布和应力路径的影响。结果表明：与黏性土相比,垃圾土具有更大的塑性区半径;随着超固结比和纤维含量的增加,孔壁处极限压力和塑性区半径分别呈增加和减小趋势,不同纤维含量的垃圾土经历塑性阶段后,均达到泥状物成分的临界状态线附近。