采用泡沫剂和活性氧化镁双掺对盾构渣土进行协同改良。通过流动性、泌水率及抗压强度系列试验得到不同泡沫剂和活性氧化镁掺量下的改良土流动度、泌水率以及抗压强度变化规律。结果表明:改良后的流动化回填土具备良好的流动性与固化强度;通过调节泡沫剂和活性氧化镁掺量,可得到流动度为180~320 mm、泌水率小于5%、28 d强度为0.6~1.2 MPa的流动化回填土,适用于更广泛的工程需求。

基于宏观(力学行为特征、破坏特征、能量演化)和微观(裂纹演化)视角综述预制钻孔和高应力实时钻孔在解析钻孔卸压防治岩爆灾害机理方面的试验研究进展,阐述钻孔卸压防治岩爆灾害的合理性和有效性。理论研究、试验分析证实钻孔卸压是解除深部围岩高应力、高能量的关键技术,为应用钻孔卸压防治岩爆方案制定优化提供参考。高应力实时钻孔试验方法是一种更为科学的揭示钻孔卸压防治岩爆内在机理的新研究方法。根据岩爆诱发机理和当前多功能试验系统的技术条件,对解析钻孔卸压防治岩爆机理的试验研究提出6个发展方向:研发适配真三轴试验系统的高应力钻机试验设备;考虑扰动因素下的高应力实时钻孔卸压模拟试验;模拟深部隧洞(巷道)开挖后的实时钻孔卸压试验(“三维六面加载-单面卸载-实时钻孔卸压”试验);构建三维高应力实时钻孔卸压下围岩能量演化的解析模型;探究卸压钻孔的空间尺寸效应与围岩应力场及围岩内部能量耗散机制的关系;基于数值模拟软件建立大尺度高应力围岩的钻孔卸压防治岩爆的计算模型。

基于流变力学和黏弹性力学,建立预应力锚索锚固力损失与岩体蠕变耦合的理论模型。考虑预应力锚索加固岩体时的预应力损失效应的影响,推导稳定蠕变岩体和不稳定蠕变岩体的蠕变变形方程,得出锚索预应力随时间变化的计算公式。结果表明:锚索张拉完成的一段时间内,预应力损失较快;随后预应力损失速率逐渐减小,最终趋于稳定,岩体蠕变变形也最终趋于稳定。计算结果与已有文献的试验结果对比分析,二者的曲线变化规律一致,验证了本研究模型的正确性与实用性。结合锦屏水电站锚索预应力变化与理论模型的计算结果对比,证明了本研究模型应用于工程实例的准确性,本研究模型比以往的耦合模型具有更广泛的适用范围,不仅适用于稳定蠕变岩体,也适用于非稳定蠕变岩体,对锚索锚固力的变化异常预警和边坡工程的长期安全运营有广泛的工程应用价值。

以丽香铁路中义隧道3#横洞工区为工程背景,通过现场变形监测分析不同断面形式下的平导与正洞大变形特征,研究发现存在片理的变质玄武岩隧道在极高地应力环境下挤压大变形特征明显,水平收敛为洞周收敛的主要变形。通过数值模拟验证隧道断面优化与支护补强措施的有效性,结果显示:减小隧道断面曲率突变和使隧道断面对称能够减小隧道围岩变形量,增设锁脚锚杆与增大钢筋网强度均能有效控制隧道形变,共同作用下可控制超过65﹪的隧道围岩变形量,缩减大变形段围岩塑性区分布,对中义隧道的大变形有很好的控制作用,可为复杂应力环境下铁路隧道施工提供指导。

为研究高地应力软岩隧道变形规律,基于41座隧道68个监测断面的实测数据统计,定量分析高地应力软岩隧道的变形量与岩体抗压强度、围岩完整性、隧道地应力、隧道埋深、侧压力系数、地下水、岩体基本质量指标和支护刚度等因素的关系。研究结果表明:高地应力软岩隧道围岩大变形是围岩地质条件、设计、施工参数及其它多种因素综合作用的结果,其中地应力、围岩特性和支护措施影响最大,案例统计结果可基本揭示我国交通隧道在高地应力软岩大变形控制技术发展水平。高地应力软岩隧道变形具有显著的时空效应,随时间呈现快速增长—持续增长—趋于稳定的变化规律。变形协调系数前期受开挖影响,变化浮动较大,但当仰拱施作后,变形协调系数很快达到稳定,验证和强调了封闭成环对变形控制的关键作用;随着大变形等级的提高,仰拱施工后变形占比减小。

为探究地下工程突水突泥次生灾害主要影响因素以及控制方法,通过总结2010年以来有关案例,总结孕灾环境与致灾因子,提出突水突泥次生灾害预防与控制技术。以滇中引水狮子山隧洞穿越F_Ⅲ-71断层二次突水突泥为例,探明该地质段灾害成因,将次生灾害演变过程分为3个阶段:孕育阶段、潜存阶段和诱发阶段;提出改善外部环境的状态、阻断灾变演化路径、提高防突层承受能力的方法防止突水突泥再次发生,为隧洞突水突泥次生灾害处置提供经验指导。

从工程角度归纳和总结压缩空气储能地下硐库的基本概念,解析硐库的基本结构,分析硐库在运营期间受到的主要荷载特征;在此基础上改进柔性密封结构的基本设计理念,建议在地下储气硐库的设计中采用可靠度设计方法,为压缩空气储能地下硐库的设计、运营和维护提供指导和依据。

以安徽某深部硬石膏矿体建造大规模内衬岩洞式储气库为研究背景,采用ABAQUS有限元软件的热-力耦合分析方法,研究深埋洞室不同洞距下多循环充采气过程中关键结构层温度、变形、应力的分布及变化过程,探究不同洞距时围岩塑性区分布规律以及地表变形变化过程。结果表明:增大洞距对主要结构层的温度基本没有影响;洞距小于2倍洞径时,改变洞距对关键结构层的应力和变形、地表位移、混凝土衬砌的拉应力分布和大小以及围岩塑性区的分布有较为明显的影响,储气库间的相互作用较为显著;当洞距增大到2倍洞径后,储气库间的相互作用已经不再明显,此时增大洞距对储气库的稳定性没有明显的增强效果。

为探究复杂应力路径下波纹钢加固盾构隧道受力变形规律的异同和加固效果,基于MIDAS GTS NX有限元软件构建三环错缝精细化模型,从管片加固前后收敛变形量、波纹钢应力、管片塑性变形等角度衡量波纹钢加固效果,对比分析堆载、卸载工况下波纹钢加固盾构隧道受力变形演化规律。研究结果表明:复杂受荷环境下管片最大收敛变形部位分布不同,堆载以腰部收敛为主,卸载以顶底部竖向收敛为主;卸载下施作波纹钢加固效果优于堆载工况,最大加固效率可达70%;堆载与卸载工况下,不同板厚波纹钢加固管片的收敛变形、波纹钢应力发展规律类似且均呈现线性增长趋势;波纹钢能有效延缓混凝土塑性发展态势,但对于卸载工况下的环间错台抑制能力较弱。