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深部碎裂岩体巷道变形破坏机制与支护效应连续-非连续分析
1
作者 张世瑞 江权 +3 位作者 邱士利 周小平 寇永渊 刘建坡 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第1期82-93,共12页
金川二矿深部碎裂岩体具有“岩块强度高,岩体强度低”的显著特点,巷道围岩具有显著的大变形特征,导致喷锚网或衬砌等支护结构破坏频繁,严重威胁采矿生产安全。以该矿深部巷道现场工程为背景,首先,通过现场调查和实测确定该矿深部巷道围... 金川二矿深部碎裂岩体具有“岩块强度高,岩体强度低”的显著特点,巷道围岩具有显著的大变形特征,导致喷锚网或衬砌等支护结构破坏频繁,严重威胁采矿生产安全。以该矿深部巷道现场工程为背景,首先,通过现场调查和实测确定该矿深部巷道围岩具有典型层状、碎裂状和复合结构特征,冒落和底臌为典型的破坏形式;其次,结合室内试验和现场监测数据,基于连续-非连续数值模拟分析方法 (FDEM)提出一种可破Voronoi块体模型和离散裂隙网络模型模拟巷道开挖过程,捕获围岩损伤破裂特征;最后,结合实体单元和锚杆单元模拟支护结构响应,探讨深部碎裂岩体变形破坏机制和支护效应。研究结果表明,结构面间距和倾角显著影响应力释放区的位置和压力拱的形成,导致围岩变形各向异性和破裂非均匀性;锚杆、混凝土喷层+锚杆及U型钢拱架+锚杆3种支护结构对于限制围岩变形具有显著差异性,加入锚杆和衬砌能有效抑制冒落区,限制顶拱位移,但不能有效抑制底板隆起;超前注浆、加长锚杆和钢拱架是控制深部碎裂岩体巷道大变形的重要措施。研究结果可为深部碎裂岩体巷道变形控制与支护设计提供理论参考。 展开更多
关键词 碎裂岩体 大变形 深部巷道 连续-非连续分析 支护方式
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锦屏深部地下实验室初始地应力测量实践 被引量：30
2
作者 钟山 江权 +4 位作者 冯夏庭 刘继光 李邵军 邱士利 吴世勇 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期356-366,共11页
地应力条件是大型地下洞室稳定性分析与工程设计的必要信息之一,对于深部高应力地下工程的安全评价与灾害防治尤为重要。以埋深2 400 m的中国锦屏地下实验室为例,首先重点阐述了高应力下条件下应力解除法测量地应力的原理与方法,并提出... 地应力条件是大型地下洞室稳定性分析与工程设计的必要信息之一,对于深部高应力地下工程的安全评价与灾害防治尤为重要。以埋深2 400 m的中国锦屏地下实验室为例,首先重点阐述了高应力下条件下应力解除法测量地应力的原理与方法,并提出了针对在高应力条件下使用36-2型钻孔变形计地应力测量的改进技术:(1)采用新式阶梯状钻头,分级逐步解除,减小岩芯根部应力集中区域的范围和应力大小;(2)使用大直径解除钻头来增加套孔空心圆柱状岩芯的厚度,即增大裂隙贯通整个岩芯的时间;(3)在测点附近钻取勘探孔以获知测点岩体完整性条件,对是否适合开展测试进行评估。在此基础上,通过现场岩体地应力测试获得每个测孔不同深度垂直钻孔轴线平面上的平面应力状态以及三孔交汇处的三维应力状态(3个主应力的大小和方向),分析开挖扰动导致的围岩应力重分布规律与原始应力场分布。依据洞室围岩重分布应力特征与现场实际破坏的空间位置对应关系,结合现场破坏情况和工程区域地质条件,多角度验证了三维应力结果是可靠的,可为进一步的工程稳定性评价以及围岩支护设计提供依据。 展开更多
关键词 地应力测量 套孔应力解除法 地下实验室 高应力 岩芯饼化
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基于能量增减法的深埋绿片岩隧洞稳定性评价方法 被引量：7
3
作者 孙峰 冯夏庭 +2 位作者 张传庆 周辉 邱士利 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第2期467-475,共9页
基于对现场地质条件和开挖响应的直观认识和对岩石室内试验所得物理力学特性的深刻揭示,建立了深埋条件下软弱围岩大变形挤压程度分级方法及相对应的安全系数计算方法。该方法考虑到隧洞原岩集聚的能量过大是造成开挖后围岩失稳的根本原... 基于对现场地质条件和开挖响应的直观认识和对岩石室内试验所得物理力学特性的深刻揭示,建立了深埋条件下软弱围岩大变形挤压程度分级方法及相对应的安全系数计算方法。该方法考虑到隧洞原岩集聚的能量过大是造成开挖后围岩失稳的根本原因,将隧洞原岩能量和围岩的总变形与弹性变形之比相结合,分析了隧洞的围岩稳定性状况,并在此基础上通过增减隧洞原岩能量得到了其安全系数。通过实际工程应用及与传统经验评价方法的对比,验证了该方法的合理性与适用性。该方法考虑了围岩的地质情况、断面形状、尺寸、开挖方式等多种因素,弥补了传统经验评价方法无法适应复杂多变的现场工程施工情况的不足,更加贴近实际。可为大变形隧洞的安全预测、开挖方案、支护设计等提供重要参考依据。 展开更多
关键词 软岩隧洞 大变形 能量 安全系数 变形分级
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深部硬岩的力学特性与支护要求 被引量：3
4
作者 张传庆 张玲 +1 位作者 周辉 邱士利 《武汉工程大学学报》 CAS 2018年第5期543-549,共7页
以锦屏二级水电站深埋引水隧洞中白山组大理岩为典型,开展了常规三轴与真三轴加载试验、损伤控制加卸载试验,基于试验成果的综合分析,揭示了大理岩弹性变形特性、变形与强度的围压效应、脆延转换破坏特征及机制,并将其应用于指导深埋隧... 以锦屏二级水电站深埋引水隧洞中白山组大理岩为典型,开展了常规三轴与真三轴加载试验、损伤控制加卸载试验,基于试验成果的综合分析,揭示了大理岩弹性变形特性、变形与强度的围压效应、脆延转换破坏特征及机制,并将其应用于指导深埋隧洞围岩支护设计,提出了快速提高围压、改变围岩破裂方式的深部硬岩工程支护设计理念,确立了及时进行表面支护、加固围岩、提高结构面抗剪强度及支护系统整体抗冲击能力的支护设计原则,研究结果对深入认识深部工程围岩的高应力破坏机制、针对性地制定岩体破坏防治策略具有重要指导意义。 展开更多
关键词 支护设计准则 深部工程 力学特性 硬岩 岩爆
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激光扫描隧洞变形与岩体结构面测试技术及应用 被引量：16
5
作者 许度 冯夏庭 +4 位作者 李邵军 吴世勇 邱士利 周扬一 高要辉 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第7期1336-1343,共8页
提出了基于三维激光扫描技术的隧洞变形与岩体结构面非接触原位一体化测试技术,建立了基于三维激光扫描信息的岩体结构面定量表征方法。以中国锦屏地下实验室二期工程中的深埋隧洞群为例,应用了本研究的测试技术,介绍了相关测试结果,主... 提出了基于三维激光扫描技术的隧洞变形与岩体结构面非接触原位一体化测试技术,建立了基于三维激光扫描信息的岩体结构面定量表征方法。以中国锦屏地下实验室二期工程中的深埋隧洞群为例,应用了本研究的测试技术,介绍了相关测试结果,主要包括隧洞变形和结构面测试的三维激光扫描方法,优势结构面的统计与变形综合分析,并以#5实验室的典型岩爆案例分析了三维激光扫描获得的灾变机制,评价了隧洞锚喷支护设计方法,进一步讨论了三维激光扫描的隧洞变形与岩体结构面测试技术存在的缺陷和改进方法。为隧洞岩体变形、结构面分析和安全监测评价提供了重要支撑。 展开更多
关键词 三维激光扫描 原位监测 隧洞变形 结构面
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基于三维激光扫描的锦屏地下实验室岩体变形破坏特征关键信息提取技术研究 被引量：10
6
作者 许度 冯夏庭 +4 位作者 李邵军 吴世勇 邱士利 周扬一 高要辉 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第S1期488-495,共8页
针对施工期的中国锦屏地下实验室二期工程,利用三维激光扫描技术对各个实验室进行持续观测,得到开挖面原始点云数据,并通过一系列数据处理获取实验室轮廓变形、岩体结构及岩体破坏定量化表征信息。实践表明,利用CYCLONE软件处理原始点... 针对施工期的中国锦屏地下实验室二期工程,利用三维激光扫描技术对各个实验室进行持续观测,得到开挖面原始点云数据,并通过一系列数据处理获取实验室轮廓变形、岩体结构及岩体破坏定量化表征信息。实践表明,利用CYCLONE软件处理原始点云数据,能够准确地获取实验室开挖后轮廓随时间的变化,精度满足工程要求,经现场围岩变形破坏特征证实数据处理结果符合实际规律;利用CYCLONE及基于结构面单位法向量的产状算法亦可准确快速地获取结构面产状,测量结果与传统方法结果相符。此外,利用CYCLONE、Geomagic Studio、3DMAX处理原始数据亦为统计实验室围岩破坏程度提供了简便高效的方法,获取的破坏区深度及体积与其他手段测量值基本一致。与点式监测技术相比,基于三维激光扫描的深埋硬岩隧洞监测与数据处理具备同时获取全场变形且快速、安全、高效的优势,对于研究深埋硬岩隧洞岩体力学行为是一种十分有效的技术手段。 展开更多
关键词 锦屏深部地下实验室 三维激光扫描 现场监测 全场变形 岩体破坏
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考虑应力变化速率的岩石脆性评价指标 被引量：4
7
作者 匡智浩 李邵军 +3 位作者 杜灿勋 邱士利 吝曼卿 杜三林 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第S01期293-300,共8页
脆性作为岩石的重要的力学指标,对深部岩体性态评价以及灾害预防具有重要意义。岩石应力-应变曲线能够很好地表征岩石的脆性。考虑到现有基于应力-应变曲线的脆性指标大多都只对曲线的一部分进行分析,且少有指标能够准确地应用于岩石Ⅱ... 脆性作为岩石的重要的力学指标,对深部岩体性态评价以及灾害预防具有重要意义。岩石应力-应变曲线能够很好地表征岩石的脆性。考虑到现有基于应力-应变曲线的脆性指标大多都只对曲线的一部分进行分析,且少有指标能够准确地应用于岩石Ⅱ类曲线中,对整体判断的缺乏可能会导致工程应用上适应性及可靠性不足的情况。针对现有脆性指标普遍存在的物理意义模糊、评估结果与岩石脆性的关系非连续等问题,综合考量岩石应力-应变曲线中峰前应力上升速率、峰后应力跌落速率以及峰值点应变值对岩石脆性的影响,提出了一种物理意义明确、计算结果与岩石脆性之间的关系是单调且连续的岩石脆性指数计算方法。选取国内外常用脆性指标对锦屏Ⅱ级水电站大理岩和某铁路隧道花岗岩、变质砂岩以及片麻岩的单轴压缩试验数据进行脆性评价后进行比较,验证了指标的适用性。进一步将提出的指标应用于常规三轴试验条件下大理岩脆性分析,结果表明,该指标不仅能够量化和分类不同岩石的脆性特征,还能表征围压对岩石脆性的抑制作用。 展开更多
关键词 岩石脆性指标 锦屏Ⅱ级水电站 铁路隧道 全应力-应变曲线 应力变化速率
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基于GIS的深埋超长隧道岩爆等级评估方法 被引量：6
8
作者 王钱款 邱士利 +2 位作者 程瑶 陈兴强 方越 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期2572-2587,共16页
将岩爆等级评估方法与GIS空间数据分析方法相结合,提出基于地理信息系统(GIS)框架的深埋超长隧道岩爆等级评估方法。该方法以GIS的图元及其空间属性表征隧道洞段及其岩爆等级控制因素,依据岩爆等级判据为基本关系式,通过属性集空间分析... 将岩爆等级评估方法与GIS空间数据分析方法相结合,提出基于地理信息系统(GIS)框架的深埋超长隧道岩爆等级评估方法。该方法以GIS的图元及其空间属性表征隧道洞段及其岩爆等级控制因素,依据岩爆等级判据为基本关系式,通过属性集空间分析和Python脚本执行实现岩爆等级智能评估和评估成果图形化显示。隧道工程数据由GIS空间数据库统一管理,实现超长隧道岩爆等级评估信息的高效信息查询、计算、分析和几何图形展示,并根据工程进展实时高效地更新。研究结果表明:该方法减少了超长隧道岩爆等级评估的任务量,使得岩爆等级评估结果能够可视化呈现,同时减少了由于地应力、构造条件等数据更新而导致的返工耗时,丰富和发展了岩爆分析预测的方法,为岩爆等级预测提供了新的手段。 展开更多
关键词 地理信息系统 岩爆等级评估 图元数据 深埋超长隧道
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秦岭东段地应力场特性及区域性岩爆风险评估 被引量：1
9
作者 陈兴强 刘瑾 +8 位作者 孟祥连 张文忠 黄勇 王华江 周福军 李玉波 李立民 王凯 邱士利 《铁道工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第2期1-5,77,共6页
研究目的:与典型的岩爆易发区为强烈挤压构造区不同,现今伸展构造为主的秦岭东段也具有高地应力、强岩爆特征。为保障铁路隧道等深地工程的建设和选线,本文对其地应力场特征、构造成因以及对岩爆的总体控制作用进行初步研究。研究结论:... 研究目的:与典型的岩爆易发区为强烈挤压构造区不同,现今伸展构造为主的秦岭东段也具有高地应力、强岩爆特征。为保障铁路隧道等深地工程的建设和选线,本文对其地应力场特征、构造成因以及对岩爆的总体控制作用进行初步研究。研究结论:(1)秦岭东段实测最大水平主应力S_(H)的挤压方向不受现今区域构造控制,而表现出与伸展构造方向一致的NW-SE,S_(H)平均变化梯度高达2.94 MPa/100 m,与青藏高原相当,综合来看,该区以燕山期挤压作用形成的构造地应力为主,属于残余应力,该特征指示岩体应变能可保留达上亿年,且大型岩体内部的应变能不易被伸展构造所改变;(2)区域上,秦岭东段S_(H)始终为三向主应力中的最大值,是岩爆风险的主控因子,在铁路选线阶段,秦岭东段需重点考虑花岗岩和闪长岩等硬质岩的岩爆风险,700 m以上易发生中等岩爆,1400 m以上易发生强烈岩爆,建议尽量避免1400 m以上埋深隧道;(3)本研究成果可推广应用于秦岭及类似山区铁路地质选线及隧道岩爆风险防控。 展开更多
关键词 秦岭 铁路隧道 新构造 地应力 青藏高原
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深部硬岩剪切边界下应力诱发片帮的机制研究 被引量：3
10
作者 高要辉 张春生 +1 位作者 苏方声 邱士利 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期1103-1111,1122,共10页
深部工程开挖现场发现硬岩的剪切破坏过程对地下工程稳定性具有重要影响。深埋硬岩隧洞边墙处片帮或板裂主要为压致拉裂的结果,可通过室内单轴压缩试验来模拟;而拱肩和底角处的片帮或板裂多数是在剪切边界下形成的,需通过室内完整硬岩... 深部工程开挖现场发现硬岩的剪切破坏过程对地下工程稳定性具有重要影响。深埋硬岩隧洞边墙处片帮或板裂主要为压致拉裂的结果,可通过室内单轴压缩试验来模拟;而拱肩和底角处的片帮或板裂多数是在剪切边界下形成的,需通过室内完整硬岩直剪试验来再现。针对不同类型硬岩压致拉裂型片帮,已进行了相当深入的研究,但对完整硬岩剪切边界下应力诱发型片帮的直接研究还存在着不足。为了深入研究深埋硬岩隧洞片帮或板裂的形成机制,采用FLAC;软件模拟隧洞不同位置处围岩受开挖扰动的应力调整过程,根据中国锦屏地下实验室二期工程区域的片帮统计结果,将深埋硬岩隧洞片帮划分为压致拉裂型和剪切边界应力诱发型两类,提出剪切边界应力诱发型片帮形成过程的概念模型;利用完整大理岩设计了不同正应力下压剪破裂到剪切滑移的连续性直剪试验,试样典型片帮破坏结果验证了概念模型的合理性。 展开更多
关键词 剪切破坏 完整大理岩 片帮或板裂 概念模型 直剪试验
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