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滇中芹河隧洞软岩破碎段围岩大变形与支护结构相互作用研究

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长江科学院院报 2024年第3期41卷 171-177,185页

作者：付敬吴帆张雨霆覃然长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室武汉430010 云南省滇中引水工程有限公司昆明650205

软岩大变形是滇中引水工程建设中较为突出的工程地质问题之一,以大楚段芹河隧洞4#支洞为研究对象开展软岩大变形特征及承载结构受力研究。4#支洞在施工过程中发生影响洞室稳定的问题,洞周围岩大变形不同程度侵限,导致钢拱架扭曲断裂、... 详细信息

软岩大变形是滇中引水工程建设中较为突出的工程地质问题之一,以大楚段芹河隧洞4#支洞为研究对象开展软岩大变形特征及承载结构受力研究。4#支洞在施工过程中发生影响洞室稳定的问题,洞周围岩大变形不同程度侵限,导致钢拱架扭曲断裂、喷混凝土掉落现象时有发生。为了充分认识隧洞变形特征、破坏模式及成因机制,结合工程地质勘察、现场监控量测、数值反演及施工模拟分析等手段和方法对其进行综合研究。研究成果表明:破碎软岩洞段施工期围岩监测变形量大、变形速率较快,变形具有明显的时效性;围岩完整性差,洞周变形差异大;围岩以剪切破坏为主;围岩时效变形对支护结构受力影响大,部分承载结构受力超限,导致局部结构破坏。可见,针对破碎的软岩隧洞施工,需要采取超前注浆、减少减小施工扰动、及时跟进初期支护、尽快封闭成环,加强施工期围岩变形监测,选取合理的衬砌支护时机,实时指导和优化隧洞支护结构施工设计。

关键词：破碎软岩大变形支护结构蠕变拱架断裂

降雨及库水位变动对向阳水库岸坡稳定性的影响研究

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水利水电快报 2024年

作者：黄贵付敬卢增木张雨霆长江勘测规划设计研究有限责任公司深圳市水务局公明供水调蓄工程管理处长江科学院水利部土力学与工程重点实验室

水库岸坡滑坡灾害对生态环境、基础设施和人民生命安全均造成巨大威胁。在水的作用下，岸坡内地下水渗流场和岩土体力学性质发生变化，从而影响岸坡的整体稳定性。本文结合平进村岸坡工程，基于非饱和流固耦合理论、弹塑性理论和强度折... 详细信息

水库岸坡滑坡灾害对生态环境、基础设施和人民生命安全均造成巨大威胁。在水的作用下，岸坡内地下水渗流场和岩土体力学性质发生变化，从而影响岸坡的整体稳定性。本文结合平进村岸坡工程，基于非饱和流固耦合理论、弹塑性理论和强度折减法，采用有限差分方法分析在降雨工况、库水位变动多种工况条件下平进村II级缓坡的滑移破坏模式和安全系数变化规律，评价在岸坡前缘段采取压脚治理措施的防护效果。结果表明：在不同工况下岸坡均存在三种潜在滑移模式，即坡表覆盖层滑移、沿浅层软弱夹层滑移以及沿深层破碎夹层滑移。岸坡天然地下水位埋深浅，当遭遇极端降雨时，大量雨水入渗将引起地下水位上抬，坡体有效应力降低，抗剪能力削弱，导致边坡稳定性明显降低。采取前缘压脚防护措施可有效提高岸坡整体稳定性，压脚前后岸坡多滑移模式的安全系数提高约0.01～0.3间。

关键词：水库岸坡蠕动变形降雨入渗强度折减方法

敞开式TBM开挖隧洞围岩变形安全评价方法及应用

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人民长江 2024年第6期55卷 182-187页

作者：刘登学孔勇斌寇甲兵黄书岭张雨霆长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室湖北武汉430010 云南省滇中引水工程有限公司云南昆明650000

当TBM开挖隧洞遭遇不良地质条件下的围岩大变形地质灾害时,通常会造成卡机或侵限等风险。开展TBM开挖隧洞围岩变形安全评价工作对降低卡机或侵限等风险具有重要的现实意义。通过分析敞开式TBM开挖隧洞围岩变形特点,建立了敞开式TBM开挖... 详细信息

当TBM开挖隧洞遭遇不良地质条件下的围岩大变形地质灾害时,通常会造成卡机或侵限等风险。开展TBM开挖隧洞围岩变形安全评价工作对降低卡机或侵限等风险具有重要的现实意义。通过分析敞开式TBM开挖隧洞围岩变形特点,建立了敞开式TBM开挖隧洞围岩变形安全评价方法。该方法通过采用三维数值分析和围岩变形现场监测手段,可获得围岩在护盾区间以及出露护盾后的变形,从而实现敞开式TBM开挖隧洞围岩变形安全性判别。在滇中引水工程香炉山隧洞的工程应用表明,所提方法能够有效判别不同支护方案下的围岩变形安全性,从而为敞开式TBM开挖隧洞施工期支护方案实时调整提供依据。

关键词： TBM 围岩变形安全评价卡机侵限香炉山隧洞滇中引水工程

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西藏扎拉水电站倾倒边坡失稳模式及加固措施研究

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水利水电快报 2024年第6期45卷 43-48页

作者：刘登学陈兴徐果黄书岭张雨霆长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室湖北武汉430010 长江勘测规划设计研究有限责任公司湖北武汉430010 国家大坝安全工程技术研究中心湖北武汉430010

西藏扎拉水电站枢纽区边坡倾倒变形现象普遍发生,对工程的安全建设和运行带来隐患。对此,采用三维非连续分析方法,对大坝右岸倾倒边坡开挖失稳模式及加固措施开展研究。结果表明:(1)大坝右岸倾倒边坡开挖后,潜在失稳区域主要集中在开挖... 详细信息

西藏扎拉水电站枢纽区边坡倾倒变形现象普遍发生,对工程的安全建设和运行带来隐患。对此,采用三维非连续分析方法,对大坝右岸倾倒边坡开挖失稳模式及加固措施开展研究。结果表明:(1)大坝右岸倾倒边坡开挖后,潜在失稳区域主要集中在开挖边坡上部钙质板岩极强倾倒区岩体内,后缘主要发生边坡上部崩坡积层破坏,失稳岩体沿着钙质板岩极强倾倒变形区和弱倾倒变形区分界面滑动,呈现典型的“滑移-拉裂”型变形破坏模式;(2)锚索+锚杆的联合支护措施可有效限制开挖施工期间大坝右岸倾倒边坡上部钙质板岩极强倾倒区岩体的变形。采取支护措施后,大坝右岸倾倒边坡各工况下的安全系数均可满足规范要求。

关键词：倾倒边坡破坏模式边坡加固扎拉水电站

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高应力软岩隧洞稳定性及支护模拟研究

水利与建筑工程学报 2024年第3期22卷 113-118,157页

作者：任恒钦刘晓波张雨霆李建贺李平刚云南省滇中引水工程建设管理局云南昆明650000 云南省滇中引水工程有限公司云南大理671000 长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室湖北武汉430010 长江勘测规划设计研究有限责任公司湖北武汉430010

为分析高应力软岩隧洞的变形特征和支护效应,采用FLAC3D软件模拟滇中引水工程深埋输水隧洞软弱围岩稳定性与支护措施,对毛洞和支护条件下围岩的位移场、应力场和损伤破坏区的分布规律以及衬砌受力状态进行分析和围岩稳定性评价。结果表... 详细信息

为分析高应力软岩隧洞的变形特征和支护效应,采用FLAC3D软件模拟滇中引水工程深埋输水隧洞软弱围岩稳定性与支护措施,对毛洞和支护条件下围岩的位移场、应力场和损伤破坏区的分布规律以及衬砌受力状态进行分析和围岩稳定性评价。结果表明:对深部软岩施加锚喷支护可以提高岩体的围压和承载能力,显著减小软弱围岩的变形和损伤破坏程度,但仅依靠锚喷支护时,围岩变形仍然较大。施加永久衬砌时的围岩位移释放率越大,衬砌的内力越小,但围岩的变形量越大。建议对高应力软岩洞室采用全断面锚喷支护,提高初期支护的刚度和强度。可根据不同围岩位移释放率条件下永久衬砌的内力和隧洞的变形特征,结合永久衬砌的承载能力和隧洞的净空要求,确定合适的永久衬砌支护时机。

关键词：软岩大变形隧洞稳定性支护结构支护时机

中等蚀变结构面剪切变形破坏特性及统计损伤模型

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岩石力学与工程学报 2022年第11期41卷 2161-2172页

作者：丁秀丽刘通灵黄书岭张雨霆长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室湖北武汉430010

岩体蚀变往往导致其物理力学性能的显著劣化,蚀变沿结构面的伴生分布是蚀变岩地层常见的地质现象,对地下工程围岩稳定性将产生重要影响。针对河北丰宁抽水蓄能电站地下厂房洞室群围岩普遍存在的蚀变结构面,选取蚀变程度、充填厚度及岩... 详细信息

岩体蚀变往往导致其物理力学性能的显著劣化,蚀变沿结构面的伴生分布是蚀变岩地层常见的地质现象,对地下工程围岩稳定性将产生重要影响。针对河北丰宁抽水蓄能电站地下厂房洞室群围岩普遍存在的蚀变结构面,选取蚀变程度、充填厚度及岩壁粗糙度基本一致的天然蚀变结构面,通过开展结构面剪切特性试验、声发射(AE)监测等研究工作,分析天然中等蚀变结构面剪切变形和强度特征、破坏模式、AE能量演化规律等,构建基于天然结构面声发射能量规律的剪切统计损伤模型,并分析模型参数对结构面剪切变形和强度的影响规律。结果表明:(1)剪切应力对法向和切向变形均有影响,在剪切后期试样即将破坏前会有剪胀效应;结构面破坏模式主要表现为沿着蚀变充填物破坏,伴随块状颗粒裂解、破碎,最终沿结构面剪切滑移破坏;(2)剪切全过程均伴随AE能量释放,AE信号在应力变化时突增并在应力平衡后趋于平静,在试样剪切破坏前突然活跃,可将整个试验过程分为压密阶段、裂解阶段、破碎阶段及滑移阶段;(3)基于天然结构面剪切过程AE能量定义了损伤变量,假设结构面微元强度服从Weibull分布,推导天然结构面的剪切统计损伤模型,由试验结果验证了所建立模型的合理性和适应性。

关键词：岩石力学天然蚀变结构面剪切变形特征破坏模式声发射演化规律剪切统计损伤模型

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隧洞围岩大变形机制、挤压大变形预测及应用

岩石力学与工程学报 2023年第3期42卷 521-544页

作者：丁秀丽张雨霆黄书岭池建军张传健刘登学长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室湖北武汉430010 中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222 长江勘测规划设计研究有限责任公司湖北武汉430010

未来较长一段时期,我国水利水电和公路铁路行业还存在建设大量隧洞(道)工程的需求。围岩大变形是隧洞工程建设中时常遇到且最难控制的灾害之一。以隧洞围岩大变形为研究对象,首先,系统分析大变形概念的由来和演变过程,提出应从岩体变形... 详细信息

未来较长一段时期,我国水利水电和公路铁路行业还存在建设大量隧洞(道)工程的需求。围岩大变形是隧洞工程建设中时常遇到且最难控制的灾害之一。以隧洞围岩大变形为研究对象,首先,系统分析大变形概念的由来和演变过程,提出应从岩体变形影响效应及其工程意义来定义围岩大变形,再通过分类来辨别大变形的发生条件和力学机制。在系统梳理国内外已建工程案例和作者团队参与的典型隧洞围岩大变形工程实践基础上,依据国内外48个隧洞工程的241个洞段案例信息,详细论述围岩大变形的影响因素和发生条件,阐明8种基于赋存环境条件(地应力、地下水)和围岩条件(岩性、水岩作用效应、岩体结构)协同或单独作用的围岩大变形发生机制,进而揭示了内蕴于每种发生机制中的本质原因,提出基于变形成因的围岩大变形分类思路,将围岩大变形划分为挤压、膨胀、松动和复合共4种类型,并论述每种围岩大变形的特征和不同类型大变形的区别。然后,针对挤压型大变形,总结分析了国内外与挤压变形相关的判据,提出了基于强度应力比法的判据阈值、考虑地应力侧压系数的大变形应力判别条件、以及挤压变形改进预测公式。最后,将所提判据和预测公式应用于滇中引水工程香炉山隧洞大埋深洞段的围岩挤压变形判别和预测,验证所提方法的可靠性。

关键词：岩石力学隧洞围岩大变形发生机制挤压型大变形判据预测方法

弱胶结软岩水工隧洞力学参数反演及稳定性评价

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人民长江 2023年第S2期54卷 202-207页

作者：侯钦礼张雨霆孙海清长江设计集团有限公司湖北武汉430010 长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室湖北武汉430010

巴基斯坦卡洛特水电站是首个完全使用中国技术和标准建设的境外水电站。该电站所在区域的弱胶结软岩具有成岩时间较晚、胶结性能较差、强度较低、易风化和水岩相互作用显著等特性,位于此类地层的引水隧洞成洞性、工程围岩稳定性值得重... 详细信息

巴基斯坦卡洛特水电站是首个完全使用中国技术和标准建设的境外水电站。该电站所在区域的弱胶结软岩具有成岩时间较晚、胶结性能较差、强度较低、易风化和水岩相互作用显著等特性,位于此类地层的引水隧洞成洞性、工程围岩稳定性值得重点关注。基于工程安全监测数据,开展了引水隧洞围岩力学参数反馈分析。结果表明:隧洞围岩虽为弱胶结性质,但反演获得的围岩力学参数优于设计值,隧洞的安全性也可以得到保证。经分析,认为主要原因是工程采用以“预先控水-及时封闭”为核心的弱胶结软岩地层隧洞设计支护理念,有效避免了地下水对泥岩的弱化影响,较好维持了围岩的力学性能。研究成果可为类似工程提供借鉴。

关键词：弱胶结软岩水工隧洞围岩参数反演地下水卡洛特水电站巴基斯坦

输水隧洞软岩段TBM掘进挤压大变形与支护受力分析

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长江科学院院报 2022年第12期39卷 49-55页

作者：付敬黄书岭艾凯张雨霆秦洋长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室武汉430010

隧洞软岩大变形严重威胁到TBM安全运行,软弱围岩的变形具有明显的蠕变特性。针对某深埋输水隧洞软岩TBM掘进洞段的围岩变形和支护结构安全展开分析和评价,研究高应力条件下软岩的蠕变特性,比较不同支护方式管片结构的受力状态。研究表明... 详细信息

隧洞软岩大变形严重威胁到TBM安全运行,软弱围岩的变形具有明显的蠕变特性。针对某深埋输水隧洞软岩TBM掘进洞段的围岩变形和支护结构安全展开分析和评价,研究高应力条件下软岩的蠕变特性,比较不同支护方式管片结构的受力状态。研究表明:软岩洞段TBM掘进采取大断面扩挖和管片+豆砾石层+聚乙烯泡沫板缓冲层支护,缓冲层的施加明显改善管片的受力状态,有效地提高了管片结构的安全裕度。建议在类似的深埋软岩隧洞工程中,开展有针对性的岩体流变试验和变形监测,选取合适扩挖断面尺寸和支护方式,给围岩变形预留足够空间,为TBM的顺利掘进提供可靠的作业条件。研究成果为保障隧洞顺利掘进提供了技术支持,也可为其他同类超长深埋隧洞的修建提供参考。

关键词： TBM掘进挤压大变形蠕变管片聚乙烯缓冲层