基于块体理论安全系数的隧道优化设计

以连云港后云台山隧道为工程地质背景。所研究隧址区主要岩性较为单一,以硬质的变粒岩为主,部分地段见软弱的绿片岩层,软硬岩层交切,在洞顶和洞壁容易形成掉块和坍塌。考虑到其结构面控稳的特点,利用Unwedge程序,将块体理论应用于指导隧道优化设计,包括洞形的选择,隧道走向的优化、支护参数的确定等。通过实例分析与计算证明,块体理论在低地应力区结构面控稳的地下洞室的优化设计中具有重要的理论价值和实际意义。     

大瑞铁路澜沧江大桥工程边坡岩体结构特征研究

岩体中结构面的展布及其组合特征决定了岩体的工程地质性质和力学性状,影响着岩体的破坏方式。大瑞铁路澜沧江大桥所处的澜沧江构造带,具有高地震烈度、活跃的新构造运动、活跃的外动力地质条件、活跃的岸坡浅表改造过程等地质特征。工程区两岸节理裂隙等弱面发育,岸坡浅表改造过程强烈,导致岩体结构复杂。通过野外现场调查,对两岸边坡岩体结构面数据进行统计分析,采用^x2检验与K-S检验法对结构面进行概率密度拟合,分析岩体结构特征。结果表明：(1)右岸的优势结构面有三组; (2)左岸的优势结构面有四组; (3)各组优势结构面产出状态数据均服从正态分布。在统计分析结果的基础上,建立两岸岩体结构的统计模型,并对边坡破坏模式进行定性分析,认为：(1)右岸边坡变形破坏模式为滑移 压致拉裂; (2)左岸结构面贯通性不好,主要的破坏模式是局部块体滑移。
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基于虚功原理的悬索桥隧道式锚碇边坡稳定性分析

本文基于虚功原理,结合工程地质勘察资料,在岩层层面和不利结构面组合切割下,由于锚碇工程荷载作用,研究坝陵河大桥西岸隧道式锚碇边坡的整体稳定性。本文的力学分析模型采用多个块体破坏机构的分析方法,假定块体的底面和侧面均达到了极限平衡状态,安全系数可通过功能平衡的虚功原理表达式来求解。功能平衡方程中仅有安全系数一个未知数,条块底部和界面上的法向压力和切向摩擦力并不出现,求解大为简化。     

节理岩体中地下洞室超挖计算

讨论了超挖的定义以及不稳定块体体积与超挖的关系 ,总结了计算块体位置和体积的方法可分为随机、确定性和半概率方法三类 ,为今后超挖方面的研究提出了指导方向。重点分析并给出了被三个节理面切割的岩块以及隐含危险岩块的位置计算的确定性方法 ,提出了岩块体积计算简易的近似算法。超挖计算对洞室安全、高效地现场施工具有重要指导意义.     

高陡岩质料场边坡稳定性与支护设计研究

水电站料场高边坡具有高度大、坡度陡、卸荷速度快等特点,因多按临时边坡进行设计,故施工期变形破坏事例频发。基于这一现状,依托瀑布沟水电站两岩质料场边坡,通过两年多跟踪施工过程的支护设计工作,总结出一套操作性强的料场高边坡稳定性及支护设计方法。针对料场边坡存在的受软弱结构面控制的边坡整体稳定性、浅表层块体稳定性、碎裂岩体稳定性三种工程地质问题,在跟踪施工过程开展岩体结构调查的基础上,按照先整体后局部的稳定性评价思路,开展高边坡稳定性评价。施工期动态支护设计按照“保证整体稳定,控制局部变形,顾全潜在失稳区域”的理念,通过定性评价确定不稳定区域并优先设计提交施工;针对施工中最易出现的块体变形和碎裂岩体变形,建立了合理的支护设计原则和严格的施工规定;对稳定性差、施工风险高、支护造价大的潜在不稳定区域,应及时地调整开挖方案,减少工程造价。实践表明,这套方法保证了料场高边坡的快速施工安全,减少了工程投资。     

节理岩体体积节理数Jv的新计算公式

岩体体积节理数Jv的定义,按照《工程岩体分级标准》采用节理间距或频率较为恰当;本文研究了岩体内发育一组、二组、三组贯通性节理的情况下,Jv定义的适宜性,指出节理正交的情况下Jv的适宜性最好,推导出Jv的修正系数为K1=|sin(n1,n2[DD(-1][HT5SS]^[HT][][DD)])||cos(n1×n2,n3[DD(-1][HT5SS]^[HT][][DD)])|,研究表明：节理夹角越小,对Jv的影响越大;通过连通率等效途径,断续节理岩体的Jv计算公式为Jv=K1•∑[DD(][]i[DD)]Si•ni(i3)。运用该公式可实现工程岩体裂隙发育程度的科学评价。     

某电站大型地下洞室群主变洞确定性块体稳定性评价

以黄河上游某大型电站地下洞室群主变洞为例,通过在AutoCAD软件中建立洞室与结构面的三维实体模型,借助自编程序切割,展示这些结构面在主变洞边墙及拱顶的出露情况,在此基础上检索出组合块体21个,最后对这21个块体进行了确定性块体稳定性评价,给出其在主变洞上下游边墙及拱顶的块体组合情况、滑动方式、出露桩号和高度、出露面积、分布深度、体积、稳定性系数等。     

缓倾外层状结构边坡变形破坏模式及支护对策研究

高速公路开挖形成越来越多的工程边坡。缓倾外层状结构边坡作为一种典型的岩质边坡,一般情况下整体稳定性较好,但在特定的结构面组合状况下,开挖后也可能产生整体变形破坏。本文以软弱结构面和长大裂隙发育的公路工程边坡为例,通过岩体结构及边坡一定范围内已有边坡破坏现象的调查研究,采用工程地质类比和三维离散元法综合分析边坡变形破坏模式,并针对变形破坏模式的特点,提出支护对策。研究结果表明,结构面贯通坡体形成切割块体的后缘和侧缘边界时,缓倾外层状结构边坡可沿层面产生滑移-拉裂变形,若滑面与临空面具有一定夹角,边坡的变形可表现为旋转式滑移-拉裂;结构面组合控制的缓倾外层状结构岩质边坡稳定性受坡体中下部的关键块体控制,一旦关键块体失稳,将引起上部块体的连锁失稳,此类边坡变形控制的重点是对关键块体分布区域进行强支护;支护工程实施后的变形监测结果表明,基于变形破坏模式分析的边坡支护方案保证了边坡施工和运营过程中的安全。     

岩质边坡关键块体的搜索方法及工程应用

工程边坡开挖所揭露的某些结构面组合块体在破坏原有静力平衡状态后,进行应力重新分配,进而块体会发生失稳、滑动等变形,甚至影响到整个边坡发生破坏,因此,结构面组合块体的稳定性是决定岩质边坡稳定的重要因素。本文通过对某工程开挖边坡地形和结构面三维实体模型的建立,实现了边坡结构面与开挖地形实体模型在AutoCAD平台上的可视化操作,剖切不同位置的二维图形预测分析了边坡开挖后可能存在的结构面组合块体,采用块体计算程序(Swegde)验证关键块体并进行稳定性评价。结果表明：三维实体模型及剖切技术与块体计算方法的结合,易于搜索关键块体。事实证明,该方法操作简便,计算结果准确,搜索方法具备可行性。     

Laslett算法和广义H-H算法在不同迹长层次下的适用性讨论

结构面平均迹长估算的Laslett算法和广义H-H算法虽然在理论上具有严密的推导过程,但实际应用时,由于迹长层次不同,两种算法估值精度不同。在利用开挖边坡所揭露的全迹长资料对不同迹长层次下两种算法的估值精度进行检验的基础上,讨论了两种算法的适用性,并针对工程中所采用的测量窗口高度通常较小这一实际情况,对广义H-H算法在小窗口长迹长层次下的迹长估计值进行适当修正。综合研究结果,建议:(1)小窗口短小迹长层次情况下采用Laslett算法进行迹长估计; (2)小窗口长大迹长层次情况下采用乘以修正系数x=2的广义H-H算法。     

浅埋偏压隧道出口变形机理及稳定性分析

以皖南某公路浅埋偏压隧道出口段高边坡为研究对象,提出了"零开挖进洞"的施工方案,并结合洞口的工程地质条件,采取必要的加固措施。通过对该边坡现场工程地质条件的系统调查,首先对边坡的岩体结构类型及其成因机制、结构面与坡面组合特征进行细致研究,在此基础上通过FLAC^3D数值模拟,结合工程地质条件分析,对其变形破坏机制进行深入探讨。研究结果表明,边坡的变形首先以隧道内侧存在的软弱岩体(挤压错动带、断层)的不均匀压缩为先导,进而引起上部岩体产生由NE向陡缓结构面构成的阶梯状滑动,这将会使隧道构筑物及隧道外壁承受较大的压应力,当压应力超过隧道构筑物及外壁的极限强度时将产生破坏,从而诱发上部岩体产生更大规模的地质灾害。基于此,隧道进洞开挖前首先应对上部岩体进行加固处理,避免隧道构筑物及隧道外壁产生应力集中现象。     

块体理论赤平解析法在锦屏二级水电站皮带机隧洞稳定分析中的应用

在小子样结构响应试验数据样本的基础上,利用支持向量机回归的方法模拟了圆柱壳体动态 极限应变峰值同壳体几何尺寸和外加脉冲载荷大小的非线性函数关系,同时通过改进的模拟 退火单纯形混合算法优化了支持向量机的性能参数,并将支持向量机回归分析的预测性能同 BP人工神经网络方法做了比较,验证了具有优化性能参数组合的支持向量机在小样本条件下 更好的预测和推广能力. 最后,从支持向量机回归模型导出了大尺寸圆柱壳体抗脉冲载荷的 强度极限同自身几何尺寸的多元函数关系,从而为该类型壳体设备抗脉冲载荷的强度分析提 供了一个可借鉴的预估模型. 研究结果表明了支持向量机在机械结构的强度预估和可靠性分 析等力学领域具有广泛的应用前景.     

复杂地质条件下顶拱大型不稳定块体分析与预测

锦屏一级水电站2#尾水调压室所处位置地质条件复杂，在桩号0+320°~0+360°和0+0°~0+120°之间开挖时局部掉块严重。本文综合分析后，提出了2#尾调室顶拱未开挖域产生大型不稳定块体的必要条件是：(1)由节理①④F183组结构面和开挖临空面切割产生；(2)块体大小主要取决于节理组①和④的延伸长度；(3)较大不稳定块体的产生区域，必然位于F18断层带下盘。对2#尾调室顶拱进行搜索预测，预测结果表明该潜在块体位于未开挖区域桩号0+180°～0+260°之间，规模约为50m3，重达133.5t。根据块体理论分析，其稳定性系数为1.052，处于临界状态，应采取相应的应急支护补强措施。     

某水电站地下洞室随机块体稳定性评价及系统锚固设计

地下洞室中的随机块体是指由岩体中的随机节理或者基体裂隙构成的不确定性块体 ,在已建的地下厂房中 ,这类块体大量存在 ,这类块体的稳定性会对洞室的施工安全造成较大的影响。在设计中这类块体常常是通过系统锚杆进行加固 ,但由于块体位置随机性和几何特征的不确定性 ,使得系统锚杆的长度和间距很难确定。本文以某水电站的地下洞室为研究对象 ,在深入了解地质条件、岩体结构特点的基础上 ,找出可能构成随机节理的分布规律 ,再分析节理与节理、节理和Ⅰ、Ⅱ类确定性结构面可能的组合 ,得到可能的随机块体 ,然后采用块体理论评价其稳定性 ,得到随机块体的几何特征和稳定状况 ,总结出最优的锚杆长度 ,为地下洞室的系统锚杆长度的确定提供了理论依据     

中国21世纪若干重大工程地质与环境问题

21世纪中国的大规模的国家建设不可避免地导致大量的工程地质与环境问题。 2 1世纪中国西部高山峡谷地区主要工程地质问题有: 构造活动带岩土体动力稳定性, 高地应力下岩体应变储能与岩体性质, 高陡边坡的变形及尺寸效应和动力稳定性, 深埋长大隧洞的地温与地压, 深埋隧洞岩体结构探测与施工地质超前预报, 大跨度复杂洞群变形与稳定性的群洞效应, 冻土的冻融变形、稳定性及其处理技术, 可溶岩岩溶规律与岩体利用问题, 河床深厚覆盖层的处理与利用等问题; 中国东部及沿海地区工程地质问题包括: 高速交通网建设中软土地基变形与稳定性及处理技术, 深井采矿中软岩巷道大变形与处理技术, 深厚松散堆积层上大型桥梁桥基变形与稳定性, 海底隧道围岩工程地质与水文地质问题, 城市多层地下空间开发中的工程地质问题等; 此外, 水土流失与北方大规模荒漠化问题, 黄河下游地上悬河与长江下游塌岸和堤防稳定性问题, 黄河断流引起的下游地区环境问题, 我国北方干旱地区水资源长期匮乏问题, 城市化中的环境破坏与污染控制等问题, 将是中国 2 1世纪突出的环境问题。中国工程地质工作者应当在结构土力学与岩体结构力学、工程地质学的基本理论与工程地质动力学、人 地相互作用机制与环境工程地质学、地质工程理论与方法。     

穿越古滑坡的浅埋偏压连拱隧道动态施工响应规律

复杂地质条件下地下工程围岩稳定性问题,一直是地质工程界备受关注的热门议题。文中针对云南思茅-小勐养高速公路曼歇4号连拱隧道的特殊复杂地质结构,通过数值模拟对穿越古滑坡的浅埋偏压连拱隧道施工过程围岩应力场、位移场和塑性区变化规律进行了数值分析,从而有效揭示出施工各阶段围岩应力集中位置和潜在塑性破坏区,不仅为隧道的安全顺利施工提供了预警信息和直接指导,同时为连拱隧道的优化设计提供可靠的理论依据。在穿越古滑坡的浅埋偏压连拱隧道施工中,应高度重视古滑坡的彻底治理和中隔墙的支护加固,从而确保整座连拱隧道的围岩稳定和安全运营。     

超前探测中探地雷达应用与结果的处理分析

在隧道施工中,由于地质条件的复杂性和勘察工作的局限性,往往造成地质勘查成果与开挖后的情况不一致,这就要求在隧道施工工程中进行超前跟踪探测,确保隧道施工的安全。本文主要介绍SIR-3000探地雷达系统在郴(州)宁(远)高速公路芒头岭隧道超前预报中的应用概况,并采用空间域滤波和希尔伯特变换等方法对探测结果进行处理,根据处理结果对隧道掌子面前方溶洞、裂隙等地质情况进行预测。隧道后期的开挖情况证明了雷达预测结果的正确性,取得了较好的预测效果,同时也说明了采用空间滤波、希尔伯特变换等处理方法对改进实测数据质量方面的有用性。     

地下工程中岩土结构面的影响分析

研究已表明岩土体中都存在结构面,工程岩土体的变形破坏一般受结构面控制。本文依据结构面 (断层 )优势指标综合值 (Ri)的量化比较,可得出各结构面 (断层 )对隧道稳定影响程度的大小,从而针对各结构面 (断层 )采取不同的工程措施。本文分析还表明,结构面和地下工程中的水害、瓦斯突出、岩体质量好坏等也有密切关系。     

TBM掘进技术发展及有关工程地质问题分析和对策

通过对大量文献资料和工程实例的研究,论述了TBM(隧道掘进机)近半个世纪发展及其在隧道建设中的应用现状和问题。对大量国内外工程实例分析后发现优先采用TBM掘进技术已成为未来隧道建设总的发展趋势。从岩石力学和工程地质角度对岩石TBM掘进过程中遇到的诸如软岩大变形、突水、岩爆等不良工程地质问题导致卡机或管片变形、破损等工程事故进行了剖析,并对采用的工程处理措施作了总结对比。随着今后TBM掘进技术在我国大规模应用,对复杂工程地质条件的客观全面认识和施工方案的及时调整成为影响施工安全和经济效益的关键因素。