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富水断层破碎带对隧道围岩稳定性的影响

煤矿安全 2019年第8期50卷 148-153页

作者：杨青莹郑州升达经贸管理学院建筑工程学院

为研究富水断层破碎带对隧道围岩稳定性的影响,以吉莲高速公路永莲隧道工程为背景,对其穿越断层破碎带的一段区域进行变形破坏数值模拟研究,并在此基础上,分析了断层破碎带厚度、倾角以及水头压力对围岩变形的影响。研究结果表明:随着... 详细信息

为研究富水断层破碎带对隧道围岩稳定性的影响,以吉莲高速公路永莲隧道工程为背景,对其穿越断层破碎带的一段区域进行变形破坏数值模拟研究,并在此基础上,分析了断层破碎带厚度、倾角以及水头压力对围岩变形的影响。研究结果表明:随着隧道向前推进,掘进工作面岩体位移将在与破碎带间隔距离为9 m时开始呈'瀑布式'增长,而掘进工作面前方岩体松动圈则会在间隔距离6 m时与断层破碎带松动区相连,出现导水裂隙通道,引发突水灾害;隧道掘进工作面靠近破碎带时,其最大纵向位移与破碎带厚度关系不大,而与破碎带倾角和水头压力分别呈指数衰减和线性关系;隧道在破碎带内开挖产生的最大位移分别与破碎带厚度、倾角以及水头压力呈指数衰减、抛物线和线性关系。

关键词：富水断层破碎带围岩稳定性厚度倾角水头压力

富水断层破碎带隧道围岩稳定性及安全控制技术研究

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富水断层破碎带隧道围岩稳定性及安全控制技术研究

作者：刘谦彬西南交通大学

学位级别：硕士

在我国“交通强国”等战略下，高速铁路管网迅速扩张，其中交通隧道建设过程中极易遇到富水断层破碎带等复杂艰险地质，导致施工阶段突水突泥灾害频发。本文依托沈阳至白河高速铁路西古隧道，从富水断层破碎带的赋存环境、灾变条件和施... 详细信息

在我国“交通强国”等战略下，高速铁路管网迅速扩张，其中交通隧道建设过程中极易遇到富水断层破碎带等复杂艰险地质，导致施工阶段突水突泥灾害频发。本文依托沈阳至白河高速铁路西古隧道，从富水断层破碎带的赋存环境、灾变条件和施工水力学原理出发，引入粘合块体模型研究富水破碎带隧道施工突涌灾变过程和典型失稳模式，分析不同岩体完整性程度下隧道稳定性和破碎岩体锚杆支护效果;基于隧道穿越富水破碎带施工全过程流固耦合模拟，研究了掌子面失稳特征并对掌子面稳定控制技术进行探讨和量化分析;建立深埋水沟隧道防排水理论和数值模型，探明其作用效果并对防排水体系特征参数进行优选。论文主要工作和研究成果如下：　　（1）对富水断层破碎带的工程地质特性展开调研，明晰富水断层破碎带的环境赋存特征及致灾基本条件和突涌灾害典型分类，总结依托工程穿越的断层破碎带地质特征并探讨其易发的突涌灾害类型。　　（2）结合裂隙岩体水力学理论和流固耦合基本概念提出破碎岩体水-岩共同作用原理。采用 3DEC 离散元软件，引入粘合块体模型（BBM），建立富水破碎带隧道开挖的渗流-应力耦合作用演化数值模型，探明不同破碎带构造形式和赋存环境下隧道突涌灾害演化特征，得到基于破碎带构造形式的隧道突涌破坏模式。研究不同破碎程度地层流固耦合作用下围岩失稳及裂隙扩展规律，同时对不同破碎岩体锚杆加固效果进行分析，揭示岩体完整性程度和锚杆加固作用规律。　　（3）建立流固耦合有限元模型，再现隧道穿越富水断层破碎带开挖施工全过程，通过围岩变形和涌水时空效应揭示掌子面失稳特征，根据掌子面变形和涌水量失稳判据得到最小防突体厚度。深入探讨掌子面稳定控制技术，基于超前泄水-注浆耦合效应揭示地层降压和掌子面稳定性变化规律，优选综合考虑渗流和变形的掌子面预加固参数，形成隧道穿越富水破碎带安全施工技术。　　（4）对比不同防排水体系作用提出富水隧道深埋水沟排水体系，建立考虑深埋水沟时隧道渗流理论和数值模型，通过对比不同富水条件下模型解析解和数值解验证所建数值模型的可靠性。基于不同防排水体系设计参数，分析排水效果以及支护结构受力特征，从安全和经济性等多角度对深埋水沟防排水体系特征参数进行优选。

关键词：铁路隧道富水断层破碎带围岩稳定性防排水体系

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富水断层破碎带复合注浆技术研究

富水断层破碎带复合注浆技术研究

作者：张吉昌山东科技大学

学位级别：硕士

随着城市建设的快速发展,越来越多的城市出现交通问题,为此许多城市选择修建地铁。在地铁修建过程中,不可避免穿越不良地层,其中富水断层破碎带比较常见。富水断层破碎带具有规模差异大、物质成分复杂、地下水丰富和力学特征突变的特征... 详细信息

随着城市建设的快速发展,越来越多的城市出现交通问题,为此许多城市选择修建地铁。在地铁修建过程中,不可避免穿越不良地层,其中富水断层破碎带比较常见。富水断层破碎带具有规模差异大、物质成分复杂、地下水丰富和力学特征突变的特征,在其中进行地铁施工,容易出现坍塌和突水突泥等工程地质灾害。在工程实践中,通常采用注浆技术进行止水加固。由于目前注浆理论远远落后于工程实践,进行注浆技术理论研究是必要的。本文以青岛地铁8号线山东路南站2号施工竖井为工程背景,分析了富水断层破碎带地层对注浆技术的要求。在对富水断层破碎带工程特性和工程案例分析的基础上,提出了富水断层破碎带复合注浆技术以及一种新型复合注浆材料。通过工程应用,验证了该技术的可行性,并利用数值模拟,进一步研究了新型复合注浆材料的注浆效果。具体研究内容如下:（1）通过文献调研,了解富水断层破碎带工程特性及工程施工风险。通过对地表沉降监测数据分析,分析了在富水断层破碎带进行竖井施工时地表产生过大沉降的原因,并提出了富水断层破碎带注浆技术要求。（2）结合富水断层破碎带工程特点及工程实践经验,提出了富水断层破碎带复合注浆技术。该复合注浆技术分为两步注浆:第一步注浆,通过渗透、充填注浆,堵塞大空隙,解决跑浆问题;第二步注浆,通过压密、劈裂注浆,提高地层承载力和围岩抗渗性。在分析复合注浆对浆液性能要求的基础上,选择了相应的注浆材料。第一步注浆采用一种新型复合注浆材料,其组成为:矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰、复合稠化剂和水玻璃;第二步注浆采用超细水泥浆。（3）通过正交试验,对新型复合注浆材料的性能进行了测定,通过对各个影响因素的综合分析,最终确定最优配合比为:水胶比:0.8:1;粉煤灰质量掺量:10%;复合稠化剂质量掺量:0.3%;水玻璃体积掺量:10%。通过对最优配比下的新型复合注浆材料进行性能试验,验证该材料粘度和28d抗压强度表现较好,具有很好的浆液流变性、浆液结石体粘结强度,能够满足第一步注浆对注浆材料的性能要求。（4）将复合注浆技术在工程中进行应用,注浆效果良好,实现了预期目标,证明该技术可行。利用数值模拟软件,对新型复合复合注浆材料和水泥浆液在富水断层破碎带注浆分别进行模拟。通过对模拟结果分析可知,新型复合注浆材料能够有效控制开挖后围岩变形和塑性区范围,且注浆效果好于水泥浆液。

关键词：富水断层破碎带复合注浆技术新型复合注浆材料正交试验数值模拟

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隧道富水断层破碎带突涌预报与工程对策研究

铁道标准设计 2024年第9期68卷 113-121页

作者：林之恒袁东徐正宣中铁二院工程集团有限责任公司成都610031 四川大学水利水电学院成都610065

为解决高原隧道断层破碎带易发突泥冒顶灾害的问题,采用现场调查、地面物探、洞内地震波反射法、瞬变电磁法、超前钻孔等超前地质预报方法,推广洞内物探三维分析,对富水断层破碎带突泥灾害特征、超前地质预报综合成果和工程应对加固措... 详细信息

为解决高原隧道断层破碎带易发突泥冒顶灾害的问题,采用现场调查、地面物探、洞内地震波反射法、瞬变电磁法、超前钻孔等超前地质预报方法,推广洞内物探三维分析,对富水断层破碎带突泥灾害特征、超前地质预报综合成果和工程应对加固措施进行研究。结果表明:三维物探成果能快速精准查明富水破碎带空间形态,成果直观,有效指导风险判识和工程处置措施;对富水断层带预报应充分结合勘察期成果,宏观初判断层分布特性,洞内采用物钻结合、长短结合的方法;首次提出按照“探明破碎带规模形态,查明破碎带物质组分性状,观测地下水特征变化情况”的思路,研判突泥涌水风险;施工处置应按照“探泄结合,先固后进,回堵再泄”的总体原则有序开展。研究成果和手段可为类似突涌灾害超前地质预报和工程应对措施提供参考。

关键词：高原隧道富水断层破碎带突涌预报物探三维分析超前地质预报工程对策

富水断层破碎带隧道复合控制注浆加固技术分析

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四川建材 2016年第2期42卷 109-111页

作者：李道欣山西省交通科学研究院山西太原030006

依托某隧道富水断层破碎带突水突泥地质灾害处治工程,阐述了断层突水突泥过程、水文地质特征、灾变机制、复合控制注浆方案、施工工艺及注浆效果评价等,提出富水断层破碎带突水突泥地质灾害复合控制注浆处治关键技术。

关键词：富水断层破碎带隧道复合控制注浆方法注浆效果

富水断层破碎带隧道超前预报的地震波三维层析成像应用研究

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西部探矿工程 2015年第11期27卷 158-161页

作者：孙立军中铁十四局集团有限公司山东济南250000

富水断层破碎带的超前预报是隧道施工地质超前预报的重要内容之一,依托某在建隧道工程,通过现场测试试验,研究了地震波三维层析成像方法的应用技术,总结了现场测试的基本步骤、富水断层破碎带的地质解释判别特征,成果对于富水断层破碎... 详细信息

富水断层破碎带的超前预报是隧道施工地质超前预报的重要内容之一,依托某在建隧道工程,通过现场测试试验,研究了地震波三维层析成像方法的应用技术,总结了现场测试的基本步骤、富水断层破碎带的地质解释判别特征,成果对于富水断层破碎带隧道超前预报具有参考意义。

关键词：富水断层破碎带隧道施工地质超前预报地震波三维层析成像

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公路隧道富水断层破碎带施工风险评估

公路隧道富水断层破碎带施工风险评估

作者：黄劲长安大学

学位级别：硕士

近年来,随着我国交通建设行业的不断发展,越来越多的工程项目开工建设,交通建设投资比重逐步加大,全国各地兴起了公路隧道建设的新高潮。伴随着工程建设的高速发展,施工过程中出现的问题也越来越多,这些问题常常包含着各种不安全因素,... 详细信息

近年来,随着我国交通建设行业的不断发展,越来越多的工程项目开工建设,交通建设投资比重逐步加大,全国各地兴起了公路隧道建设的新高潮。伴随着工程建设的高速发展,施工过程中出现的问题也越来越多,这些问题常常包含着各种不安全因素,诸多安全问题甚至会演化为施工风险事故,给国家公路隧道的建设带来了严重的损失。因此,在公路隧道建设过程中开展风险评估分析是十分必要的。隧道修建穿越富水断层破碎带,常会发生突水突泥等地质灾害,严重威胁隧道施工安全和制约隧道建设的发展。本文以三黎高速盘岭隧道工程为依托,首先分析了板岩地区富水断层破碎带围岩稳定情况、总体断层特征、富水断层的危害性以及可能发生的一些安全风险事故情况。运用模糊数学理论和数理统计方法建立起监测数据和隧道富水断层破碎带施工风险事故发生概率之间函数关系式,来推断事故发生概率,确保安全顺利渡过破碎带。同时,对目前成功的富水断层破碎带处治施工方案进行分析和总结,提出了隧道富水断层破碎带施工风险预防措施,并将分析得到的成果运用于板岩地区富水断层破碎带施工,从而保证施工安全,及时调整施工方案,把风险降至最低。

关键词：公路隧道风险评估富水断层破碎带监控量测概率预防措施

深埋隧道穿越富水断层破碎带围岩失稳力学判据及稳定性研究

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深埋隧道穿越富水断层破碎带围岩失稳力学判据及稳定性研究

作者：王松辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

随着我国隧道及地下工程建设规模的快速发展,越来越多隧道工程线路设计无法避免穿越富水断层、岩溶、煤层、向斜构造等破碎带不良地质体,在深埋隧道施工过程中面临着“高应力、高水压、强扰动”特点,易发生突水、突泥、围岩塌方、岩爆... 详细信息

随着我国隧道及地下工程建设规模的快速发展,越来越多隧道工程线路设计无法避免穿越富水断层、岩溶、煤层、向斜构造等破碎带不良地质体,在深埋隧道施工过程中面临着“高应力、高水压、强扰动”特点,易发生突水、突泥、围岩塌方、岩爆和大变形等灾害。由于深埋隧道地形地质条件极为复杂,为进一步有效保障隧道穿越富水断层破碎带施工安全,深入探究深埋隧道穿越富水断层破碎带围岩受力特性,合理科学地开展隧道掌子面前方围岩失稳力学判据及稳定性研究具有重要的理论和实践意义。为此,本文以福宜高速阳宗隧道左线ZK42+510～ZK42+610区域为工程背景,通过理论分析、数值模拟、现场监测等手段,在综合超前地质预报基础之上,重点对深埋隧道穿越富水断层破碎带围岩失稳临界安全岩柱厚度力学判据及稳定性进行了系统的研究。论文主要工作及研究成果如下:(1)基于阳宗隧道左线ZK42+510～ZK42+610区段的复杂地质状况,提出了“以地质调查法为基础,长、短距离综合物探法为主,超前钻探法验证”的综合超前地质预报体系。通过对地质调查法、数字化多要素超前地质CT技术、地质雷达法、瞬变电磁法及超前钻探法的基本原理、仪器组成、数据获取及解译等相关分析,获取了阳宗隧道研究区段掌子面前方准确的围岩特征及地下水赋存状况,为隧道制定合理正确的施工方案奠定了重要基础。(2)基于尖点突变理论,综合运用Polynomial分布函数、二分法及围岩塑性屈服区体积突变判据,提出了一种深埋隧道穿越富水断层破碎带围岩失稳临界安全岩柱厚度的确定方法,推导出临界安全岩柱厚度稳定性确定的力学判据。将理论成果应用于阳宗隧道富水断层破碎带FWY1中。经计算,采用上述理论计算最小安全岩柱厚度为11.18m,与阳宗隧道实际施工中预留岩柱厚度11.50m很接近,表明所建立的尖点突变模型合理准确。(3)引入Sin混沌反向学习策略、Levy飞行策略和高斯变异策略对传统SSA算法进行了改进,提升了原算法的收敛精度与跳出局部最优的能力,并基于基准函数测试表明ISSA算法相比于SSA算法和PSO算法具有一定的优越性。(4)针对深埋隧道穿越富水断层破碎带围岩极易发生失稳现象,建立了灰色-尖点突变模型和ISSA-ELM智能模型耦合对围岩稳定性现状及发展趋势进行预测,制定了阳宗隧道左线ZK42+570～ZK42+620研究区段围岩失稳支护加固措施,并采用FLAC3D模拟加固后的施工过程验证耦合模型预测的有效性。研究结果表明:阳宗隧道研究区段的围岩支护加固措施可以有效控制围岩变形,且建立的深埋隧道围岩稳定性耦合预测模型准确有效。该论文有图56幅,表23个,参考文献100篇。

关键词：深埋隧道富水断层破碎带力学判据围岩稳定性超前地质预报

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穿越富水断层破碎带输水隧洞围岩稳定性研究

穿越富水断层破碎带输水隧洞围岩稳定性研究

作者：刘广进湖南科技大学

学位级别：硕士

断层破碎带是隧洞等地下工程施工过程中常见的不良地质条件,断层破碎带内部岩体岩性较差且结构破碎,岩体裂隙发育度高,裂隙中常含自由水,使岩体长期处于富水状态。所以穿越富水断层破碎带隧洞施工时,极易引发围岩突水突泥、大变形和坍... 详细信息

断层破碎带是隧洞等地下工程施工过程中常见的不良地质条件,断层破碎带内部岩体岩性较差且结构破碎,岩体裂隙发育度高,裂隙中常含自由水,使岩体长期处于富水状态。所以穿越富水断层破碎带隧洞施工时,极易引发围岩突水突泥、大变形和坍塌失稳等施工灾害。因此,对隧洞穿越富水断层破碎带段时的围岩稳定性影响因素进行分析,能够有效降低施工灾害的发生机率,提高施工人员及设备的安全性,相关研究也具有极大的工程应用价值。本文拟以穿越富水断层破碎带隧洞工程为背景,以隧洞-断层破碎带系统为研究对象,采用理论分析、现场位移监测和模型数值模拟相结合的研究方法,开展隧洞穿越富水断层破碎带围岩稳定性研究。本文主要研究成果如下所示:(1)在总结前人研究成果的基础上,对断层破碎带成因、施工灾害及断层破碎带围岩稳定性的影响因素进行了分析,并归纳总结了国内外常用的几种围岩稳定性判据。(2)基于F32断层破碎带实际工程参数,利用FLAC 3D软件构建隧洞-断层数值模型,分析隧洞开挖过程中F32断层破碎带区域围岩位移场、应力场和渗流场的变化规律。并将位移场模拟数据与现场监测数据对比,进而确定基于F32断层破碎带实际工程参数所构建的数值模型的有效性。(3)基于构建F32断层破碎带数值模型所用的相关参数。建立不同倾角、不同厚度与干燥状态下的隧洞-断层破碎带模型。模拟了断层破碎带不同倾角、厚度及岩体干燥与富水两种情况下被隧洞穿越时的围岩稳定性情况。由模型应力与位移值的结果可知,断层破碎带厚度越大,围岩稳定性越低;60°倾角断层破碎带最不稳定,15°至30°倾角区间的断层破碎带在不同工况下,其位移增率都是最大的,围岩失稳的不确定性也最高。同时干燥状态围岩比富水状态围岩各种工况下的围岩位移与应力值相较于富水状态均有明显下降,说明干燥态围岩比富水态围岩更加的稳定。(4)根据尖点突变理论构建了基于状态变量与控制变量的两种尖点突变方程标准形式和判别式,以F32与F55断层破碎带数值模拟的位移数据和现场监测数据对两种判别式的有效性进行了验证。结果表明,前者能在开挖之后的实时监测中对断层破碎带围岩稳定性进行有效的分析,后者能在隧洞开挖之前对隧洞穿越断层破碎带围岩稳定性进行有效分析,并对可能发生的失稳进行预测。

关键词：富水断层破碎带数值模拟围岩稳定性突变理论失稳判据