摘要：针对许多隧道面临的穿越活动断层挑战,该研究提出一种基于脆性缓冲理念的隧道抗错断方法。通过设计并实施模型试验,验证脆性缓冲结构在抗错断方面的有效性。研究结果表明:当断层发生错动时,采用脆性缓冲结构的隧道设计理念是可行的。通过观察破坏模式发现,脆性缓冲材料的粉碎和衬砌的部分脱空作用可有效分散局部剪切破坏,显著降低断层带区域衬砌的损坏程度。在上盘区域,拱顶处的脆性缓冲结构被压碎,与此同时,拱底处脱空。下盘区域的拱顶处脱空,而拱底的脆性缓冲结构被压碎。这种变形模式有效分散了断层位置的局部剪切变形,显著减轻了衬砌的损坏。在50 mm厚缓冲结构的保护下,即使错动位移达到100 mm,相当于实际情况下的4 m位移,衬砌模型表现出的损坏较小,突显了脆性缓冲结构在保护隧道结构完整性方面的强大性能。此外,从应变监测数据分析可以看出,衬砌的应变峰值并不出现在断层破碎带内,而是迁移至离断层位置较远的区域,显著减轻了断层破碎带内的应变集中现象。该研究为跨越活动断层带的隧道设计提供了重要的理论依据和实践指导,为抗错断方案的选择提供了参考。

摘要：不同于常规隧道衬砌结构,无中导洞连拱隧道先行洞衬砌施作稳定后还要受到邻近后行洞开挖的二次扰动,后行洞开挖对先行洞衬砌受力的影响不可忽视。依托杨家寨公路隧道工程,基于考虑了后行洞开挖影响的隧道围岩压力计算方法,结合现场监测位移数据采用荷载-结构法进行位移反分析,提出了一种确定浅埋无中导洞连拱隧道先行洞衬砌承担围岩荷载的方法,最后和衬砌背后围岩荷载现场监测值进行对比验证。研究结果表明:后行洞开挖对先行洞衬砌承担围岩荷载的影响较为显著,监测点增长幅度均值高达142%;先行洞衬砌受力呈现“拱腰较小,拱顶及拱肩较大”的分布规律,且靠近后行洞一侧拱肩位置受力最大;通过现场监测位移反分析得到的先行洞衬砌受力结果和现场监测结果较为一致,论证了该方法的合理性和实用性,研究成果可为无中导洞连拱隧道结构设计提供参考。

摘要：针对考虑温度变化下由土工膜(geomembrane,简称GM)+土工复合膨润土衬垫(geosynthetic clay liner,简称GCL)+压实黏土衬垫(compacted clay liner,简称CCL)组成的3层复合衬垫中重金属污染物一维运移问题,基于相关假定发展得到了热传导与重金属污染物运移的控制方程,并建立了相应理论模型。通过有限差分,对所建理论模型进行了数值求解。随后,开展了与试验结果、解析解计算结果以及其他数值解计算结果的对比分析,验证了该模型的合理性。最后,以Cd^(2+)为例,分析和讨论了不同因素对运移规律的影响。结果表明,上部温度升高会使复合衬垫中Cd^(2+)的运移通量和底部浓度增大,但会使其上部浓度降低。热扩散效应对运移行为的影响会随Soret系数ST的增大而变显著,当ST为0.001、0.005、0.01、0.05、0.1 K^(-1)时,所定义的击穿时间tb依次为37.9、37.2、36.4、31.2、26.5 a。GCL和CCL最大吸附量的增大均会使t_(b)近似线性增加,且在一定渗沥液水头h_(b)下,t_(b)随GCL和CCL厚度的增大呈线性增大趋势。此外,当h_(b)从0.5m增大到1.0m时,t_(b)平均降低了8.33 a。在工程实践中,可结合GCL和CCL的吸附性能和厚度来设计复合衬垫,同时应考虑温度变化对阻隔效果的影响。

摘要：煤矿深部围岩高应力与低强度之间的矛盾是诱发巷道大变形破坏的主要原因。为探究煤矿深部软弱围岩钻孔卸压技术,分析深部岩体开挖引起的扰动应力场演化分区特征,揭示高应力软岩巷道钻孔卸压机制,研究卸压钻孔群的合理设计方法,提出平行布置、扇形布置和管棚式布置3种卸压钻孔排布方法,并对比分析各方法的优缺点。最后,选择在顾桥煤矿近千米深井软岩巷道进行了应用试验,在卸压试验段选用扇形布孔方式共施工96个卸压钻孔。巷道表面位移监测结果表明:与非卸压区临近相似地质条件巷道相比,卸压试验段围岩两帮变形量降低约35.71%,顶板下沉量降低约33.43%,底鼓量下降约35.84%。与非卸压区测点对比,巷道同侧12 m深度处的应力释放率约为18.5%。研究表明:合理的钻孔卸压方式能有效降低集中应力,利于巷道稳定控制和大变形灾害的防控,可作为深部高应力软弱围岩大变形灾害防控的辅助手段。

摘要：随着新能源的迅猛发展,不同于传统隧洞工况的压缩空气储能电站地下硐库存在上覆岩体稳定性问题,其潜在失稳模式亟待研究。采用Mohr-Coulomb强度准则,基于岩体极限应力场,同时考虑张拉和剪切破坏2种模式,将浅埋隧道式岩石内衬硐室潜在失稳模式归结为一簇常微分方程组的初值问题,并给出了求解方法。与物理模型试验结果对比分析,验证了方法的可靠性。并研究埋深、硐径、地应力系数以及内摩擦角对失稳形态的影响,结果表明地应力系数和内摩擦角影响较大,最大水平地应力方向垂直于隧道式硐室轴线更利于上覆岩体稳定。另一方面,内摩擦角对失稳形态的影响依赖于地应力系数,当地应力系数小于1时,内摩擦角越小潜在破裂面越接近水平方向;地应力系数等于1时,内摩擦角几乎无影响;地应力系数大于1时,内摩擦角越大潜在破裂面越接近水平方向。鉴于此,硐室布置、埋深和硐径设计应综合考虑地应力和内摩擦角影响。最后,将潜在破坏面形态进行简单的几何参数化,给出几何参数与地应力系数和内摩擦角的对应关系,以供工程设计参考。在破坏模式上,地应力系数较小时,潜在破裂面为张拉–剪切复合模式,张拉区域位于靠近硐壁和地表位置;地应力系数较大时,则为剪切破坏。

摘要：鉴于隧道现行规范缺乏系统锚杆支护的承载能力分析方法,总安全系数法提出了锚−岩承载拱的荷载结构模型与承载力计算方法,在理论上实现了锚杆的量化设计,但缺少试验验证。基于此,从结构试验角度研制了大型隧道结构模型试验系统,开展了毛洞与不同间距系统锚杆支护下的锚−岩承载拱结构承载试验。通过监测围岩内部应力−应变、隧道位移与锚杆应变,分析了围岩与锚杆材料的破坏状态与破坏荷载,研究了锚−岩承载拱变形与受力特征、锚杆轴力分布。对比分析了模型试验的结构承载力与总安全系数法理论下锚−岩承载拱的计算承载力。研究结果表明:锚杆能有效地与围岩协同承载,显著增加围岩的侧限力,提高围岩抗压强度与承载能力;试验得到的锚−岩承载拱承载能力与理论计算结果较为吻合,表明了总安全系数法的锚−岩承载拱计算模型是合理的,并具有合适的安全性。

摘要：固结行为会使隔离墙的工程性质沿深度呈非均质性,影响墙体中重金属污染物的运移规律,但相关研究较少。首先,建立非均质隔离墙系统(由缓冲层、非均质隔离墙和含水层组成)中重金属污染物二维运移模型,该模型考虑了固结作用和Langmuir吸附特征。随后,利用数值方法对该模型进行求解,并通过与试验测定结果及其他2种计算方法所得结果对比,验证了模型合理性。在此基础上,开展重金属污染物运移特性研究。结果表明,与忽略固结作用相比,考虑固结作用下隔离墙上部区域的浓度会增大,底部区域的浓度会降低。考虑Langmuir吸附场景下重金属污染物的运移速率高于考虑线性吸附场景下,且2种场景下相对浓度的差异随污染源浓度升高而更显著。进一步,防渗效果评价显示,缓冲层厚度增大有利于延长隔离墙的服役寿命,但鉴于“围护式”隔离墙被广泛应用于实际工程,因而其厚度不应太大。此外,相较于考虑固结作用场景,忽略固结作用场景可能会高估隔离墙的防渗性能。隔离墙厚度及其吸附能力的增大均可提高墙体防渗性能,工程实践中可综合二者开展防污屏障设计。所建模型及研究结果可为隔离墙的有效设计和服役性能评价提供指导。

摘要：为验证总安全系数法中喷层的荷载结构模型及其安全系数计算方法,研制大型隧道结构模型试验系统,采取结构试验的方法,开展毛洞、不同厚度喷层以及二次衬砌的加载破坏试验。通过围岩和细砂材料的三轴试验明确模型试验中各材料的物理与力学参数,模拟毛洞、不同厚度喷层以及二次衬砌的加载破坏全过程,依据破坏状态明确喷层与二次衬砌的设计承载能力,试验中监测围岩应力应变、喷层内外侧应变和喷层位移,结合监测结果分析喷层与二次衬砌在承载过程中的变形特征与受力特征,明晰喷层与二次衬砌的承载机制,并与总安全系数法理论计算结果进行对比分析。结果表明:1)在试验断面条件下喷层受力状态为小偏心受压,喷层与围岩之间的粘结能有效传递剪力,从而减少了喷层的弯矩,有利于充分发挥喷层的抗压强度,同厚度情况下喷层的设计承载力要高于二次衬砌;2)试验得到的厚度为2 cm和4 cm喷层的设计承载力比总安全系数法理论计算结果分别大27.0%和22.9%,表明总安全系数法的喷层承载力计算模型是合理的,并具有合适的安全性。

摘要：地层类别及岩体抗剪强度参数的准确识别对岩质边坡的稳定性评估至关重要。基于无量纲的可钻性指标建立了岩体抗剪强度参数随钻识别模型,使得随钻测试结果能够不经标定或换算,即可直接识别岩体抗剪强度参数。结合无监督学习和自主设计的决策模块,对深度序列随钻数据进行智能识别和自动平滑处理,实现对地层结构的智能感知,并定量描述各岩层的随钻参数及抗剪强度参数。采用自主研发的高精度现场随钻测试设备对云南鹤庆北衙露天矿灰岩体区和F6-1断层交界区域的爆破钻孔过程进行监测,并以两个典型钻孔的全过程监测结果为例,展示随钻智能识别方法的应用。总体而言,ZK1钻孔随钻智能识别方法与原始地质剖面一致程度为90.85%,ZK2钻孔随钻智能识别方法与原始地质剖面一致程度为84.47%,钻孔成像验证表明该方法识别的地层能更准确地反映边坡实际地层情况。值得注意的是,该方法能够在大尺度与地质剖面结果一致的前提下,精准地识别出地质剖面未曾表现的关键层位。这一特性为破碎软弱岩层及其强度参数的识别,以及地质模型的精准构建提供了有力保障。该方法在岩土工程领域具有广泛的应用前景,为岩层性质和抗剪强度参数的实时智能识别及地质模型的精准构建提供了可靠的解决方案。

摘要：收敛-约束法(特性曲线法)是将理论解析、现场实测、工程经验相结合的一种地下工程结构设计方法,是目前分析围岩-支护相互作用关系及开展支护优化设计的常用方法。基于收敛-约束法的基本原理,总结给出了经典的支护特征与支护结构变形方程,理论计算获得了喷射混凝土、锚杆(索)、U型钢支架等支护结构的支护特征曲线,分析了支护结构的几何尺寸(直径、长度)、间排距、材料强度等参数对支护压力的影响特征;随着喷射混凝土厚度及强度等级的增加,喷射混凝土提供的支护刚度和支护压力逐渐增大;随着锚杆(索)直径、长度、杆体材料强度的增加及间排距的减小,锚杆的支护压力显著增加;U型钢支架的排距越小及材料强度越大,其提供的支护压力越大。采用FLAC^(3D)内嵌的莫尔库伦应变软化本构模型,建立了考虑岩石峰后应变软化与扩容特性的深部软岩巷道数值分析模型,计算获得了不同应力状态下巷道纵剖面变形曲线、围岩特征曲线,分析了锚喷、锚杆(索)喷、锚喷U型钢等3种联合支护技术对深部巷道围岩大变形控制的适用性,验证了锚喷U型钢联合支护技术应用于深部巷道支护工程的可行性。考虑岩石峰后应变软化与扩容特性的应变软化本构模型和经典的莫尔库伦本构模型的数值模拟结果相差较大,采用莫尔库伦本构模型的数值模拟结果保守,支护结构提供的支护压力无法满足深部巷道稳定性控制要求,支护后巷道围岩变形较大甚至会发生冒顶、片帮等安全事故。