亚洲成色777777女色窝,777亚洲妇女,色吧亚洲日本,亚洲少妇视频

地質(zhì)碩士論文

時間:2022-07-22 14:58:06

導(dǎo)語:在地質(zhì)碩士論文的撰寫旅程中,學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑,好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文,愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感,引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。

地質(zhì)碩士論文

第1篇

學(xué)術(shù)論文是一種具創(chuàng)新性的科學(xué)研究成果的記錄,是進行成果推廣和交流的手段也是考核科技人員業(yè)務(wù)能力和學(xué)術(shù)水平的重要指標(biāo)。它是人類知識寶庫的基本單元,或為人類精神財富的一部份,并能為科學(xué)界有效地利用,對經(jīng)濟建設(shè)和社會進步起推動作用。

一、學(xué)術(shù)論文的分類

學(xué)術(shù)論文包括學(xué)位論文。學(xué)位論文是學(xué)位申請者為申請學(xué)位而提出的論文。這種論文是考核申請者能否授予學(xué)位的重要依據(jù),可分為學(xué)士論文、碩士論文及博士論文等三種,其水平由淺而深。學(xué)士要求達到具有從事科學(xué)研究或擔(dān)負(fù)專業(yè)技術(shù)工作的初步能力;碩士要求達到具有獨立從事科學(xué)研究工作的初步能力;博士則要求達到具有獨立從事科學(xué)研究工作的能力和在科學(xué)或?qū)iT技術(shù)上做出創(chuàng)造性的成果。由字?jǐn)?shù)來看,學(xué)士論文約一萬字,碩士論文約五萬字,博士論文則在五萬字以上,有時多達十至廿萬字。茲分述如下:(一)學(xué)士論文大學(xué)本科畢業(yè)生運用在校期間學(xué)得的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識,進行分析、解決某一不太復(fù)雜的科研課題所寫的畢業(yè)論文,順利通過簽辨者,均可授予學(xué)士學(xué)位。其條件如下:

1.能夠較好地掌握本門學(xué)科的基礎(chǔ)理論、專門知識和基本技能。

2.具有從事科學(xué)研究工作或擔(dān)負(fù)專門技術(shù)工作的初步能力。

(二)碩士論文

碩士所提之碩士論文應(yīng)為指導(dǎo)教授指導(dǎo)下,由研究生本人獨立完成者,其論文須有自己的新見解,并在過程中有一定的工作量。一般用于論文工作的時間約一年左右。其基本要求如下:

1.在本門學(xué)科上掌握堅實的基礎(chǔ)理論和系統(tǒng)的專門知識。

2.具有從事科學(xué)研究工作或獨立擔(dān)負(fù)專門技術(shù)工作能力。

(三)博士論文

博士論文對本學(xué)科的發(fā)展有重要的推動作用,對本學(xué)科水平提高有重要的突破。其基本要求如下:

1.在本門學(xué)科上掌握堅實寬廣的基礎(chǔ)理論和系統(tǒng)深入的專門知識,

2.具有獨立從事科學(xué)研究工作的能力,

3.在學(xué)科或?qū)iT技術(shù)上做出創(chuàng)造性的成果。

(四)一般學(xué)術(shù)論文

學(xué)術(shù)論文是論述創(chuàng)新性研究工作成果的書面文件,是某些實驗性、或理論性、或觀測性的新知識的科學(xué)記錄,或是某種已知原理應(yīng)用于實際中取得新進展的科學(xué)總結(jié)。

學(xué)術(shù)論文的內(nèi)容應(yīng)該有所發(fā)現(xiàn)、有所發(fā)明、有所創(chuàng)造、有所進步,而不是簡單重復(fù)、純屬模仿或全盤抄襲前人的成果。學(xué)術(shù)論文應(yīng)具有新的信息。

學(xué)術(shù)論文通常在學(xué)術(shù)會議上宣讀、交流、或在學(xué)術(shù)報刊上發(fā)表等。它反映學(xué)科最新的前瞻科學(xué)技術(shù)水準(zhǔn)及其發(fā)展動向,體現(xiàn)了科技工作者擁有的成果。

為進一步探討學(xué)術(shù)論文寫作特點和規(guī)律,應(yīng)從內(nèi)容性質(zhì)和結(jié)構(gòu)形式的差別方面將學(xué)術(shù)論文分為理論型、實驗型、描述型和設(shè)計型等四大類。理論型論文的重點在于理論證明和分析。依研究對象可分兩種:一種以抽象的理論問題為研究對象,其研究方法重于理論推導(dǎo)和運算;另一種則以客觀事物和現(xiàn)象的觀測數(shù)據(jù)以及有關(guān)的文獻數(shù)據(jù)為對象,其研究方法是對有關(guān)數(shù)據(jù)進行分析、綜合、概括及抽象化,并通過歸納、演繹、模擬等過程,提出某種新的理論和見解。一般說來,理論型論文正文結(jié)構(gòu)型式靈活,沒有固定格式,可將研究的對象或結(jié)果劃分為若干有聯(lián)系的層面,按一定邏輯逐層進行論述。

實驗型論文的重點在于設(shè)計實驗以及對實驗結(jié)果的觀察和分析。它也可分兩種:一種是介紹實驗本身為目的,重在說明實驗裝置、方法和內(nèi)容;另一種是通過對實驗結(jié)果的分析和討論,從而認(rèn)識客觀規(guī)律。實驗型論文的正文結(jié)構(gòu)與理論型論者不同,主要是由實驗報告的結(jié)構(gòu)演化而來,并已形成一定約定俗成的格式,一般有『材料和方法、『結(jié)果和『討論等三部份。此三部份仍可做適當(dāng)調(diào)整,其重點內(nèi)容則必須對實驗作說明和分析。

第2篇

【關(guān)鍵詞】滑動面 非均質(zhì)巖質(zhì)邊坡 滑坡

【Abstract】The reasonable determination of sliding surface is vital to the successful treatment of slope, especially to heterogeneous rocky slope which are more than 30 meters high. Such slope's sliding surface are usually made of several long broken lines,it's difficult to determine the potential sliding surface by exploratory methods.In practice,the orientation of sliding surface are usually assumed based on actual geological and prospecting data.Some possible miscalculation may reault in hidden danger.This paper introduces some thoughts on the reasonable determination of sliding surface in heterogeneous rocky slope treatment on the basis of living example for the referance to relevant people.

【Key words】Sliding surface;Heterogeneous rocky slope;Slide slope

1. 引言

滑動面是邊坡巖土體在一定的邊界條件下形成的,隨著外部邊界條件的變化,滑動面也會相應(yīng)的變化,邊坡治理中滑動面分為已發(fā)生的滑動面和潛在的滑動面。目前滑坡處理廣泛采用的參數(shù)反演法 [1] [2] [3]、折減法 [4]、不平衡推力法 [5] [6],都是基于滑動面確定的前提下進行的,目前僅土質(zhì)邊坡的圓弧滑動面可采用SLOPE/W法 [7]搜索確定,而對于大于30米的非均質(zhì)巖質(zhì)邊坡潛在滑動面的客觀確定鮮有提及,本文從治理邊坡實例出發(fā),探討一下非均質(zhì)巖質(zhì)邊坡潛在滑動面合理確定。

2. 邊坡工程地質(zhì)概況

(1)以黟(縣)-七(都)K3+394~+462段高邊坡位于路線右側(cè),最大坡高67m。邊坡地貌單元屬低山剝蝕地貌,地勢陡峻,地形坡度在40~60°之間,上陡下緩。該處地層巖性主要為牛屋組(Pt2n)板巖,風(fēng)化強烈,板理及裂隙發(fā)育,巖石破碎,薄層狀構(gòu)造,強風(fēng)化層巖芯呈碎塊~片狀,碎塊狀鑲嵌結(jié)構(gòu),層厚2.40~13.20m;中等風(fēng)化巖芯呈塊狀~短柱狀,地層產(chǎn)狀195°∠70°,屬中硬巖,表層為松散碎石混粉土,碎石含量可占50~70%,粉土可塑狀態(tài),該層厚1.6~6.2m,如圖1所示。

(2)該邊坡原設(shè)計為矮擋墻支護,運營一年多,于二00八年五月中旬產(chǎn)生滑坡滑體厚度1.60~6.20m,體積約為10000m3,滑坡體主要為碎石土,其中碎石占60%,低液限粘土占40%?;露逊e體及滑坡后緣坡體均存在進一步滑動的危險性,屬活滑坡。

3. 邊坡穩(wěn)定性分析與評價

根據(jù)邊坡勘察資料,本次滑坡沿風(fēng)化接觸面形成的淺層滑坡,滑坡體為松散碎石混粉土,坡面雨水下滲通道良好,在雨水作用物理力學(xué)性質(zhì)軟化明顯,在不利條件下,會誘發(fā)更大的滑坡,需及時治理。

3.1設(shè)計參數(shù)的選取。根據(jù)勘察資料正常工況下:重度取為20.5KN/m3,c為18KPa,為21°;根據(jù)滑坡帶物質(zhì)組成在暴雨工況下,碎石粉土:重度取為22.5KN/m3,c為6KPa,為21°;強風(fēng)化板巖:重度取為24KN/m3,c為50KPa,為21。

3.2模型的建立。 根據(jù)已經(jīng)產(chǎn)生滑坡的形態(tài)、地貌及坡體的工程地質(zhì)特性,為了增加下部坡體的穩(wěn)定性,確定第一級為原擋墻+坡率為1:1.75、高度為5米的人工邊坡,第二、三級坡坡率1:1,高度為8米,第四~六級為1:1,高度為10米,第七級為1:0.5,高度為10~12米,每級邊坡設(shè)2.0米寬的平臺,進行刷坡,最大坡高為67米,如圖2。

3.3剩余推力計算。

圖1地質(zhì)剖面圖 3.3.1刷方減載后,邊界條件發(fā)生變化后,滑動面隨之發(fā)生變化。由于第三級邊坡開挖邊坡全部 進入強風(fēng)化板巖中,為此我們將滑坡體分為上下兩個不穩(wěn)定體,形成兩個滑動面。

3.3.2依據(jù)暴雨工況下的物理力學(xué)參數(shù),根據(jù)勘察資料確定的已發(fā)生滑坡的滑動面,當(dāng)穩(wěn)定安全系數(shù)為1.2時 [8],采用不平衡推力法:

Ti=FsWi sina i+ψiT i-1 -W i- cosa i tanφi-ciLi

ψi= cos(a i-1- a i )-sin(a i-1- a i ) tanφi (1)

ψi為傳遞系數(shù)

3.3.3上部碎石粉土不穩(wěn)定體的剩余下滑力為590KN/m,此外我們對于強風(fēng)化板巖可能出現(xiàn)的深層滑動進行計算,如圖2所示,對應(yīng)潛在滑面2的剩余下滑力為80KN/m;對應(yīng)潛在滑面3的剩余下滑力為100KN/m;對應(yīng)潛在滑面3、4結(jié)合的剩余下滑力為330KN/m;對應(yīng)潛在滑面4的剩余下滑力為510KN/m;可見強風(fēng)化板巖中,在固定的邊界條件下,只有滑面4的形態(tài)接近客觀的潛在的滑動面,基于此,不斷微調(diào)滑面4的形態(tài),直至找出最大的剩余下滑力,本次邊坡治理采用滑面1、4對應(yīng)的剩余下滑力,進行邊坡處置。

圖2潛在滑面搜索過程及邊坡治理圖3.4邊坡治理。

(1)上部不穩(wěn)定體中,由于滑面1較陡,抗滑樁效果甚微,滑坡體會從抗滑樁頂滑出,滑面4較厚,錨桿無法進入穩(wěn)定地層,基于上述因素,本次邊坡治理采用錨索方案:

(2)對應(yīng)滑面1的下滑力,第4、5、6級邊坡采用預(yù)應(yīng)力錨索框架,根據(jù)間距、排數(shù)、傾角,每個錨索的設(shè)計抗拔力至少要達到25噸,根據(jù)勘察資料所提供的錨固體與巖石的錨固強度,所需的錨固段長度在13米左右,初定錨索總長度17米,但對于深層潛在滑動面4的剩余下滑力而言,其錨固長度需大于9.5米,自由端為10米,錨索總長至少需要19.5米,可見,僅按照滑面1來治理邊坡,本邊坡深層滑動的需要無法滿足,無法從整體上保證邊坡的穩(wěn)定,給工程帶來隱患。

(3)考慮巖體風(fēng)化界限的不確定性,結(jié)合計算情況,確定本邊坡的治理方案為:第四到六級坡均采用錨索框架,每片框架由三根豎肋和三道橫梁連接而成,在節(jié)點處設(shè)置錨索鎖固,每束錨索由3根15.24鋼筋制成,設(shè)計荷載280KN,張拉鎖定荷載300KN,對應(yīng)滑動面1而言,第五、六級錨索設(shè)計長度20m,錨固段長度15米,第四級錨索設(shè)計長度17m,錨固段長度12米。本邊坡經(jīng)過6年多的運營檢驗,穩(wěn)定性良好。

4. 結(jié)束語

(1)滑動面不是一成不變的,而是隨著巖土體邊界條件的變化而改變。

(2)對于一個高邊坡來講,其潛在的滑動面很多 [9],因此,高邊坡治理必須考慮深層潛在滑動面的穩(wěn)定性,對于強風(fēng)化破碎巖體的潛在滑動面,必須在一定的邊界條件下,多次模擬形態(tài),找出規(guī)律,最終找到最危險的潛在滑動面,從已經(jīng)產(chǎn)生的滑動面、最危險的潛在滑動面兩方面出發(fā),進行邊坡的治理,做到一次根治,不留后患。

參考文獻

[1]龔玉鋒、周創(chuàng)兵、梁軼等.參數(shù)反演在巖質(zhì)高邊坡變形與穩(wěn)定分析中的應(yīng)用[J].巖土力學(xué),2002,(05):570~574.

[2]孫志斌.邊坡穩(wěn)定性上限分析方法及參數(shù)反演研究.中南大學(xué)博士論文.2013.

[3]魯志強.巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性設(shè)置模擬巖體力學(xué)參數(shù)反分析.武漢理工大學(xué)碩士論文.2009.

[4]陳國慶、黃潤秋、石豫川等.基于動態(tài)和整體強度折減法的邊坡穩(wěn)定性分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2014,(02):243~256.

[5]時衛(wèi)民、鄭穎人、唐伯明等.邊坡穩(wěn)定不平衡推力法的精度分析及其使用條件[J].巖土工程學(xué)報,2004,(03):313~317.

[6]張月英. 基于改進不平衡模式的邊坡穩(wěn)定性分析及程序?qū)崿F(xiàn).湖南大學(xué)碩士論文,2007.

[7]張志峰.安徽某高速公路K125+730~+895段滑坡治理[J].公路交通科技,2007,(11):86~89.

第3篇

【關(guān)鍵詞】堆積體;邊坡;穩(wěn)定性分析;研究現(xiàn)狀

0.引言

我國是一個地質(zhì)災(zāi)害十分頻繁的國家,尤其是我國西南地區(qū),不僅地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量多,而且災(zāi)種全。其中崩塌、滑坡、泥石流等淺層表生地質(zhì)災(zāi)害異常突出,分布有大量的由滑坡堆積、崩塌堆積、殘積層、冰潰堆積、坡積物等組成的松散堆積體斜坡[1]。與此同時,西南地區(qū)一系列大型乃至巨型正在建設(shè)或規(guī)劃中的水電站相繼開工建設(shè),在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境和大規(guī)模工程活動、水庫蓄水及暴雨等復(fù)雜條件下,可能會有大量的水庫庫岸堆積體邊坡發(fā)生變形甚至失穩(wěn)破壞。

水庫庫岸堆積體邊坡失穩(wěn)的代價是巨大的。斜坡或邊坡作為一種人類不可回避的地學(xué)環(huán)境與工程形式,總是伴隨著人類的工程活動,人類為了安全始終關(guān)注著邊坡的穩(wěn)定性。一百多年來,人們對邊坡變形過程、失穩(wěn)形式、失穩(wěn)機制、穩(wěn)定評價及滑坡預(yù)測預(yù)報等進行了廣泛的研究,借助數(shù)學(xué)、力學(xué)和計算科學(xué)理論與方法,試圖對邊坡的穩(wěn)定、演化及滑坡的預(yù)測預(yù)報進行研究,并應(yīng)用到工程實踐中。

1.土坡穩(wěn)定性分析理論研究現(xiàn)狀

1.1邊坡穩(wěn)定性分析現(xiàn)狀

邊坡失穩(wěn)作為普遍存在的工程問題受到國內(nèi)外學(xué)者的重視。對此課題的研究,國內(nèi)外都經(jīng)歷了從實踐積累到理論歸納,再實踐,再歸納,并逐步總結(jié)提高的過程。十九世紀(jì)末二十世紀(jì)初,隨著發(fā)達國家的大規(guī)模土木工程建設(shè),大量邊坡工程問題、特別是滑坡問題隨之產(chǎn)生,并造成了很大損失,人們開始應(yīng)用材料力學(xué)和近代土力學(xué)的理論對邊坡問題進行半經(jīng)驗、半理論的研究。上世紀(jì)五十年代,我國學(xué)者引進了前蘇聯(lián)的工程地質(zhì)分析的體系,繼承和發(fā)展了地質(zhì)歷史分析法,著重研究邊坡的工程地質(zhì)背景和邊坡類型的劃分,以此進行邊坡的工程地質(zhì)類比分析,在滑坡的分析和研究中取得了一定的成果。

1.2邊坡穩(wěn)定研究方法現(xiàn)狀

研究邊坡穩(wěn)定的方法主要有:“地質(zhì)歷史分析”方法、極限平衡法、概率分析法、極限分析法、數(shù)值計算分析方法、物理模擬法、非線性方法等?,F(xiàn)將主要邊坡穩(wěn)定性評價方法列述如下:

(1)“地質(zhì)歷史分析”方法:五十年代,我國許多工程地質(zhì)工作者在滑坡研究中采用了蘇聯(lián)的“地質(zhì)歷史分析”方法[4],但該方法偏重于定性描述和分析。

(2)極限平衡法:極限平衡法是一種定量方法,也是工程中使用最多、最成熟的方法,其理論基礎(chǔ)為極限平衡理論。它通過分析在臨界破壞狀態(tài)下,土體外力與內(nèi)部強度所提供的抗力之間的平衡計算土體在自身和外荷作用下的穩(wěn)定程度。同時,根據(jù)假設(shè)不同而形成不同方法,具有不同的適用范圍。

(3)極限分析法:巖土工程極限分析是典型的塑性極限分析問題。塑性極限分析對象包括塑性區(qū)Gussmnna.P提出了運動單元法,以莫爾一庫侖巖土介質(zhì)為研究對象,采用離散技術(shù)與現(xiàn)代數(shù)值手段,通過運動分析、靜力分析和求多變量目標(biāo)函數(shù)值的優(yōu)化分析,有效地分析了地基極限承載、擋土墻極限土壓力及斜坡穩(wěn)定性問題。

(4)數(shù)值計算分析方法:數(shù)值計算方法上,隨著計算機的普及和發(fā)展,出現(xiàn)了一批以彈性力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)為基礎(chǔ)的數(shù)值計算方法:FDM(有限差分法)、FEM(有限單元法)、DEM(離散單元法)、DDA(不連續(xù)變形分析)、FLAC(快速拉格朗日插值)、NNM(流形元方法)等。

(5)非確定性分析方法:該方法的評價基礎(chǔ)是工程地質(zhì)類比法、滑坡靜態(tài)規(guī)律的認(rèn)識以及預(yù)測科學(xué)的一般原理。隨著概率論、數(shù)理統(tǒng)計、信息理論、模糊數(shù)學(xué)等方法用于滑坡預(yù)測,目前已形成了多種預(yù)測模型。其預(yù)測成果可相互對比、檢驗,使預(yù)測成果更具合理性、科學(xué)性。目前常用的非確定性定量分析方法主要有以下幾種[7]:①經(jīng)驗方法;②數(shù)理統(tǒng)計方法;③信息模型法;④模糊數(shù)學(xué)評判法;⑤灰色系統(tǒng)方法;⑥模式識別方法;⑦非線性模型預(yù)測法;⑧人工智能法。

其中,數(shù)值計算分析方法又可以分為如下幾種:

①有限單元法(FEM):該方法是目前應(yīng)用最廣泛的數(shù)值分析方法。它能夠考慮滑坡體的非均質(zhì)性、不連續(xù)性等特征,考慮巖體的應(yīng)力應(yīng)變特征,避免將坡體視為剛體,能夠切實地以應(yīng)力、應(yīng)變?yōu)樽兞糠治鲞吰碌淖冃纹茐臋C制,對了解滑坡的應(yīng)力分布、應(yīng)變發(fā)展很有利。其不足之處是:數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作量大,而且原始數(shù)據(jù)易出錯,不能保證整個區(qū)域內(nèi)某些物理量的連續(xù)性;對解決無限性問題、應(yīng)力集中等問題精度較差。

②邊界單元法(BEM):該方法只需對已知區(qū)域的邊界進行極限離散化,具有輸入數(shù)據(jù)少的特點。其計算精度較高,在處理無限域方面有明顯的優(yōu)勢。其不足之處為:一般邊界元法得到的線性方程組的關(guān)系矩陣是滿的不對稱矩陣,不能采用有限元中成熟的求解稀疏對稱矩陣的解法。另外,邊界元法在處理材料的非線性嚴(yán)重不均勻的滑坡問題方面,遠(yuǎn)不如有限元法。

③快速拉格朗日分析法(FLAC):為了克服有限元等數(shù)值分析法不能求解巖土大變形問題的缺陷,人們根據(jù)顯式有限差分原理,提出了FLAC數(shù)值分析方法。該方法較有限元方法能更好地考慮巖土體的不連續(xù)性和大變形特征,求解速度較快。其缺點是同有限單元法一樣,計算邊界單元網(wǎng)格的劃分帶有很大的隨意性。

④離散單元法(DEM):該方法可以直接反映巖體變化的應(yīng)力場、位移場以及速度場等各個參量的變化,也可以模擬邊坡失穩(wěn)的全過程。另外,該方法特別適合塊裂介質(zhì)的大變形及破壞問題的分析,但所需計算時步非常小,阻尼系數(shù)也難以確定。

⑤塊體理論(BT):該方法是以構(gòu)造地質(zhì)和簡單的力學(xué)平衡計算為基礎(chǔ),利用拓樸學(xué)和群論提出的一種評價三維不連續(xù)巖體穩(wěn)定性的方法。隨著關(guān)鍵塊體類型的確定,塊體理論能夠找出具有潛在危險的關(guān)鍵塊體的臨空面位置及分布。

除以上幾種方法外,近幾年還出現(xiàn)了如無界元(IDEM),不連續(xù)變形分析(DDA)等方法。此外,由于工程實踐的需要,出現(xiàn)了多種數(shù)值方法的算法,使滑坡穩(wěn)定分析數(shù)值方法化的趨勢更加明顯。但數(shù)值分析方法也存在著不足:由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性及認(rèn)識的局限性,往往使計由于計算參數(shù)的選取是以某種簡化為基礎(chǔ)的,與實際存在一定誤差,繼而影響了計算結(jié)果的精度[5,6,7,8,9,10]。

1.3邊坡參數(shù)選取研究現(xiàn)狀

邊坡的靜力穩(wěn)定研究中,計算采用參數(shù)的準(zhǔn)確程度會對邊坡穩(wěn)定的評價結(jié)果產(chǎn)生重大的影響,因此,本節(jié)對邊坡物理力學(xué)參數(shù)選取的研究現(xiàn)狀進行論述。

當(dāng)前國內(nèi)外巖體力學(xué)參數(shù)選取研究的總趨勢是有經(jīng)驗、半經(jīng)驗、精度較低的數(shù)值計算方法向考慮多種因素影響,計算過程復(fù)雜、精度較高代表性較強的數(shù)值中計算分析法發(fā)展。尤其是計算機的使用,使這一領(lǐng)域的研究加快。巖體力學(xué)參數(shù)選取常用的方法有點群中心法、優(yōu)定斜率法、最小二乘法、隨機一模糊法等。點群中心法由于人為因素影響過多,目前已不常采用,國內(nèi)對于巖體力學(xué)參數(shù)的研究主要是從巖體力學(xué)參數(shù)本身所包含的隨機性和模糊性出發(fā),應(yīng)用隨機理論和模糊數(shù)學(xué)的方法,對試驗所得的數(shù)據(jù)進行分析以獲得更為逼近巖體力學(xué)實際參數(shù)的“真值”[11]。

1.3.1水庫庫岸堆積體邊坡塌岸范圍預(yù)測方法研究現(xiàn)狀

水庫蓄水運行過程中,庫岸所處的地質(zhì)環(huán)境將發(fā)生改變,自然平衡條件遭到破壞,引起岸坡變形失穩(wěn),庫岸線也逐漸后退,直至達到新的平衡狀態(tài)為止,這一過程稱為庫岸再造。庫岸再造是一個十分復(fù)雜的動力地質(zhì)過程,受岸坡物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)特征、形態(tài)及水流等多因素控制,塌岸過程復(fù)雜,尚無法精確地通過數(shù)學(xué)計算式來表達。

1.3.2地震作用下邊坡穩(wěn)定性分析研究現(xiàn)狀

地震邊坡穩(wěn)定性研究是邊坡穩(wěn)定性研究的重要方面,是巖土工程和地震工程中關(guān)心的重要問題之一。劉紅帥等認(rèn)為,從地震作用下是否考慮邊坡巖體參數(shù)的不確定性的觀點來看,巖土邊坡地震穩(wěn)定分析方法可分為確定性方法和概率分析方法兩大類;從邊坡穩(wěn)定性計算中對地震動作用的不同處理方式來看,巖土邊坡地震穩(wěn)定性分析方法宜分為擬靜力法、滑塊分析法、數(shù)值模擬法和試驗法四大類[5,10,12-18]。

2.結(jié)束語

目前,我國的大部分已建、正在興建和規(guī)劃中的水利水電工程都在該地區(qū)。水利工程中庫岸邊坡的滑動范圍和穩(wěn)定性問題是大壩安全、社會效益和水利工程經(jīng)濟效益考慮的重要因素之一。同時,西南地區(qū)地殼活動頻繁,地震震級高、強度大,大量庫岸邊坡都是重力崩塌堆積體。西南堆積體邊坡,考慮地震作用下修正塌岸預(yù)測方法中圖解法,并將其用于預(yù)測邊坡滑動范圍;與實際情況對比進行反分析,藉此評價堆積體邊坡震后滑動范圍圖解法反分析在工程上的適用性。

【參考文獻】

[1]丁秀美.西南地區(qū)復(fù)雜環(huán)境下典型堆積(填)體抖坡變形及穩(wěn)定性研究.成都理工大學(xué),2005,1.

[2]曹毅然等編.國土資源部實物地質(zhì)資料中心集刊第15號[M].北京:地質(zhì)出版社,2002.

[3]黃潤秋.高邊坡整體穩(wěn)定性綜合評價探討[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),1995,22(6).

[4]張悼元,王士天,王蘭生.工程地質(zhì)分析原理(第二版)[M].北京:地質(zhì)出版社,1994.

[5]汪賢良.強震作用下堆積體邊坡變形特征和穩(wěn)定性分析.成都理工大學(xué)碩士學(xué)位論文,2009,5.

[6]杜明亮.考慮滲流作用的土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析.河海大學(xué)地質(zhì)及巖土工程系碩士論文,2007,5.

[7]鄭穎人,趙尚毅,張魯渝.用有限元強度折減法進行邊坡穩(wěn)定分析.中國工程科學(xué),2002,10,4(10).

[8]Dawson E M,Roth W H,Drescher A.Slope stability analysis by strength reduction.Geotechnique,1999,496,49(6):835-840.

[9]Griffiths D V,Lane P A.Slope stability analysis by finite elements.Geotechnique,1999,493,49(3):387-403.

[10]Sarma S K.Stability analysis of embankments and slopes.Geotech.Eng.ASCE,1979,10512,105(12):1511-1524.

[11]姜彤.邊坡在地震力作用下的加卸載響應(yīng)規(guī)律與非線性穩(wěn)定分析.中國地震局地質(zhì)研究所固體地球物理博士論文,2004,7.

[12]馬芳芳.基于地震動力時程反應(yīng)的有限元邊坡穩(wěn)定性分析.大連理工大學(xué)碩士論文,2005,6.

[13]祁生文,伍法權(quán),劉春玲,丁彥慧.地震邊坡穩(wěn)定性的工程地質(zhì)分析.巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2004,8,23(16).

[14]劉立平,雷尊宇,周富春,地震邊坡穩(wěn)定分析方法綜述,重慶交通學(xué)院學(xué)報, 2001.9,3(20).

[15]Zienkiewicz O C,Humpeson C,Lewis R W.Associated and nonassociated visco-plasticity in soil mechanics.Geotechnique,1975,254,25(4):671-689.

[16]P.A.Lane,D.V.Griffiths.Assessment of Stability of Slopes under Drawdown Conditions .Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering.2000,Vol.1265,Vol.126(5):443-450.

第4篇

關(guān)鍵詞: 降濾失;性能;壓裂液

中圖分類號:TE357 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1006-4311(2014)24-0054-02

0 引言

水力壓裂過程中,壓裂車通過高壓手段把壓裂液擠入底層。然后壓裂液的液相在強大壓差的作用下會濾失在地層當(dāng)中,長此以往下去壓裂液會大量的濾失,并且造成稠化劑的濃度升高,破膠機的濃度降低。另外,如果在液相濾失形成濾餅的過程中濾餅過厚的話,也會造成上述現(xiàn)象。而要想有效的解決這種現(xiàn)象,必須在壓裂液體系中加入降濾失劑。通過室內(nèi)研究,優(yōu)選羧甲基羥丙基瓜膠和鋯硼復(fù)合交聯(lián)劑,合成粘土穩(wěn)定劑PDA,改性油溶性降濾失劑,組成防膨降濾失壓裂液的基本體系。下面對該壓裂液的降濾失性能進行研究。

1 壓裂液濾失性的影響因素

壓裂液液相濾失量的高低和是否在壓裂液體系中加入降濾失劑有著直接的關(guān)系。如果加入降濾失劑可以有效的降低液相的濾失量,如此不僅可以使壓裂液的利用價值最大化,用最小的量發(fā)揮最大的價值,還能夠使稠化劑的濃度得到合理控制,有效的降低成本,同時還能夠增強破膠、返排效果,降低殘渣含量,有效的保護油氣層不受傷害。并且在壓裂液體系中加入降濾失劑,還能夠使裂縫的導(dǎo)流能力得到增強,有效改善壓裂措施效果。

動濾失、瞬時濾失和靜濾失是壓裂液濾失的三種主要類型。通常我們說的加入降濾失劑降低壓裂液的濾失量就是通過降低壓裂液的瞬時濾失和濾失系統(tǒng)實現(xiàn)的。其中影響瞬時濾失的主要因素是壓裂液的基液粘度、地層溫度等,而濾失量的關(guān)鍵因素就是濾失系統(tǒng),需重點研究。

2 油溶性降濾失劑的制備與評價

2.1 實驗試劑及儀器

2.2 油溶性樹脂的改性

通過選用磺化瀝青對油溶性樹脂進行改性,提高整體性能。

首先高溫熔融磺化瀝青和油溶性樹脂,要求其具有不同的軟化點,然后進行多組室內(nèi)平行實驗,通過優(yōu)化兩者之間的配比,研制出一種新型抗溫性油溶性樹脂降濾失劑。

2.3 降濾失劑油溶性評價

為了實驗降濾失劑是否溶于原油,是否影響油井的產(chǎn)量,是否影響滲透率的恢復(fù),我們?yōu)榇诉M行了以下實驗。

首先應(yīng)該準(zhǔn)備100ml脫脂煤油,并加入2.0g油溶性降濾失劑。

然后準(zhǔn)備4組實驗樣品,使之充分的溶解,并分別把其放入不同的恒溫箱內(nèi)24小時,要求這些恒溫箱處于60℃、80℃、100℃、120℃不同的條件。

最后按照規(guī)范步驟稱取油不容物的含量,并且計算油溶率,評價油溶性。實驗結(jié)果見表3。

分析上述實驗結(jié)果不難發(fā)現(xiàn),溫度對降濾失劑的油溶性有著一定的影響,降濾失劑的油溶率會隨著溫度的升高而不斷的加大,降低油不溶物殘渣的含量。這說明了在脫脂煤油中新型的降濾失劑的溶解度是很高的,固體質(zhì)量會很快減少。

所以,該降濾失劑能夠溶于原油,不會影響油井的產(chǎn)量,也不會對地層造成傷害。

2.4 降濾失劑軟化點的測定

評價降濾失劑的耐溫性能可以通過降濾失劑軟化點的測定來實現(xiàn)。在實際的施工中,要想使油溶性降濾失劑真正的發(fā)揮作用,必須使其略高于地層溫度。

實驗時,首先把適量的油溶性濾失劑顆粒加入到200ml丙三醇溶液中,然后把其放到電爐上進行緩慢加熱,最后觀察并記錄隨著溫度的升高降濾失劑的變化情況。實驗結(jié)果見表4。

分析上述實驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),油溶性降濾失劑是在溫度升到110℃時開始軟化、變稀的,所以該降濾失劑的軟化點是110℃,此時抗溫性能最好。

2.5 降濾失劑的分散性能評價

由于油溶性降濾失劑具有溶解性,很容易與壓裂液出現(xiàn)分層,如此不僅影響降濾失效果,也影響壓裂施工效果。但是如果在壓裂液中加入適當(dāng)?shù)姆稚┚湍芎芎媒鉀Q掉這個問題。為了評價降濾失劑的分散性能進行了以下實驗,配置兩組稠化劑為天然瓜膠的降濾失壓裂液,一組加入適當(dāng)?shù)姆稚?,并使之充分溶解,另一組不做處理,然后觀察并記錄兩組溶液的分層情況。實驗結(jié)果如表5所示。

分析上述實驗結(jié)果可以知道,分散劑對提高油溶性降濾失劑在壓裂液中的穩(wěn)定性有著重要的影響,能夠有效的提高其整體性能。

2.6 降濾失劑濾失暫堵模擬實驗

通過降濾失劑濾失暫堵模擬實驗可以評價油溶性降濾失劑的濾失暫堵性能。選取4組天然巖心,使用巖心流動壓力儀,在室溫條件下進行實驗。采取反向煤油驅(qū)替,測定相對滲透率Ko1;正向2%KCl溶液水驅(qū),測得相對滲透率Kw1。將天然巖心浸泡在5%油溶性降濾失劑中,置于恒溫箱內(nèi)在60℃下進行養(yǎng)護。數(shù)小時后取出巖心,正向2%KCl溶液水驅(qū),測得相對滲透率Kw2;反向煤油驅(qū)替,測定相對滲透率Ko2。根據(jù)Kw1、Kw2,計算降濾失劑濾失暫堵率ηw;評價油溶性降濾失劑的濾失暫堵性能。根據(jù)Ko1、Ko2,計算巖心滲透率恢復(fù)值ηo,評價降濾失劑的解堵性能。如表6所示。

分析上述實驗結(jié)果可以知道,油溶性降濾失劑具有明顯的親油憎水特征,不僅可以有效的堵水,還由于其能夠遇油解堵,最大限度的恢復(fù)巖心滲透率,真正的實現(xiàn)了其屏蔽暫堵的作用,并且不會對油氣儲層造成傷害。

3 總結(jié)

①通過選用磺化瀝青對油溶性樹脂進行改性,首先高溫熔融磺化瀝青和油溶性樹脂,然后優(yōu)化兩者之間的關(guān)系,研制出了一種新型的抗溫型油溶性降濾失劑。

②通過室內(nèi)研究發(fā)現(xiàn),溫度對降濾失劑的油溶性有著一定的影響,降濾失劑的油溶率會隨著溫度的升高而不斷的加大,降低油不溶物殘渣的含量。另外,分散劑對提高油溶性降濾失劑在壓裂液中的穩(wěn)定性有著重要的影響,能夠有效提高其整體性能。

③油溶性降濾失劑有很強的濾失暫堵性能,從濾失暫堵模擬實驗中得出,油溶性降濾失劑具有明顯的親油憎水特征,能夠最大程度的恢復(fù)滲透率。

參考文獻:

[1]李超.防膨降濾失壓裂液的研究[D].東北石油大學(xué)碩士論文,2012-03-23.

[2]張濤.潛山裂縫性變質(zhì)巖儲層大型水力壓裂技術(shù)研究[D].大慶石油學(xué)院碩士論文,2008-05-10.

[3]張學(xué)鋒,毆天雄,趙延平.暫堵酸化工藝技術(shù)實驗研究及應(yīng)用[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2000-02-09.

第5篇

[關(guān)鍵詞]危巖體 巖體結(jié)構(gòu) DDA數(shù)值模型 失穩(wěn)方式

[中圖分類號] P694 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X(2015)-7-369-2

1引言

G217國道南段為天山公路小龍池至庫車段,全長約130公里,由于公路早期設(shè)計施工不完善、災(zāi)害處治措施不到位,加之沿線地質(zhì)環(huán)境特殊,地表植被稀少,物理風(fēng)化作用強,造成地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā),其中尤以崩塌最為嚴(yán)重,滑落的巖塊經(jīng)常堵塞公路,威脅行車安全。由于大部分崩塌(危巖體)受控于巖體結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生不同的失穩(wěn)方式,沿線邊坡危巖體主要為滑塌式、墜落式、傾倒式[1]。本文選取滑塌式危巖體,借助典型的實例分析其變形破壞機制,并運用靜力解析計算方法,評價危巖體的穩(wěn)定性。

2滑塌式危巖體的潛在失穩(wěn)方式與穩(wěn)定性評價

該危巖體結(jié)構(gòu)類型主要為層狀結(jié)構(gòu),可分為以下兩種:(1)層狀順向結(jié)構(gòu)邊坡:層狀結(jié)構(gòu)面傾向與邊坡傾向夾角小于30°,當(dāng)層狀結(jié)構(gòu)面由于工程活動而被切腳出露在坡面,即構(gòu)成潛在滑動面,易形成滑動,破壞方式主要為單一滑面(層面),巖體受節(jié)理切割,邊坡前緣潛在滑移面被切腳,可引起坡體以不同方式沿滑移面向下整體滑移,前緣臨空的坡體可能沿滑移面發(fā)生間歇性的緩慢滑移,滑移通常從臨空面附近啟動,逐漸向后緣擴展;當(dāng)層狀結(jié)構(gòu)面傾角大于坡角而插入坡內(nèi),其穩(wěn)定性一般較好。(2)層狀反向或斜向結(jié)構(gòu)邊坡:巖層傾向與坡向大于30°,破壞方式同層狀順向結(jié)構(gòu)邊坡,可分為單一滑面(緩傾向坡外的節(jié)理面)和雙滑面(以楔形體滑動)兩種。

以K973+765處危巖體為例,運用塊體理論[2],建立DDA(discontinuous deformation analysis)非連續(xù)變形分析模型[2](圖1)。

由圖1可見,被結(jié)構(gòu)面切割的塊體主要沿層面滑動,脫離母體,形成崩塌。在對該類危巖體進行穩(wěn)定性評價時,可將危巖塊體假設(shè)成整體性的,進而簡化為平面問題,不考慮危巖塊體左右側(cè)面上與其他巖土體的關(guān)系,在長度方向上取單位寬度考慮。危巖體受到的主要荷載為危巖體自重。滑面的位置可由DDA數(shù)值模型分析確定。考慮到降雨和地震的影響,不同類型的危巖所考慮的荷載種類和大小是不同的[3],采用圖2簡化計算模型評價其穩(wěn)定性,評價結(jié)果見表2。

由于AD面往往比較陡峭,裂隙發(fā)育比較充分,巖體沿DB面滑動。則DB面上。

法向作用力:

切向作用力:

穩(wěn)定系數(shù)為:

其中:W―單位長危巖體重力;P―單位長危巖塊體承受的水平地震力,取水平地震系數(shù)為α1,則地震力為P=α1W;Q―裂隙中靜水壓力;c―結(jié)構(gòu)面的粘聚力;φ―結(jié)構(gòu)面的內(nèi)摩擦角。

結(jié)合失穩(wěn)方式,危巖穩(wěn)定狀態(tài)可針對危巖穩(wěn)定系數(shù)來確定[4](表1),結(jié)合靜力解析計算結(jié)果,判斷危巖的穩(wěn)定性,評價結(jié)果見表2。

3結(jié)論

(1)以上分析可以看出:地形地貌,巖體結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)面條件、邊坡開挖、降雨、地震等條件對巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性均產(chǎn)生一定影響,其中巖體結(jié)構(gòu)是主控因素之一。

(2)對評價結(jié)果為穩(wěn)定的危巖體應(yīng)注重生態(tài)環(huán)境的保護,培育并保護地表植被,以減小物理風(fēng)化與化學(xué)風(fēng)化作用,無需采用防治措施;對基本穩(wěn)定的邊坡,應(yīng)進行簡單的刷方,做好排水工程即可,無需采用專門的防治措施;對不穩(wěn)定危巖體應(yīng)當(dāng)首先清除坡表松動巖體,然后采用修建護腳擋墻、坡體前部設(shè)置樁板墻、掛網(wǎng)噴漿護面等治理方式方法,必要時可加以錨固[5]、[6]。

(3)以上穩(wěn)定性分析評價多采用簡化模式,該方法對于快速評價數(shù)量較多的中小規(guī)模危巖體較為實用,當(dāng)危巖體失穩(wěn)方式是以上多種方式的組合時,還需綜合分析評價其穩(wěn)定性。

參考文獻

[1]王蘭生,張倬元,斜坡巖體變形破壞的基本地質(zhì)力學(xué)模式[J].水文工程地質(zhì)論,北京地質(zhì)出版社,1985.

[2] Shi Genhua.Manifold method. In proc of The First Int Forum on DDA and Simulations of Discontinuous Media.Berkeley,California,USA,1996.

[3]韓祥森.雅礱江錦屏一級水電站高位邊坡危巖體成因機理及其穩(wěn)定性研究,成都理工大學(xué)碩士論文,2006.6.

[4] 黃潤秋,裴向軍等.雅礱江錦萍二級水電站邊坡危巖調(diào)查、險情排查及處理對策研究.成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家專業(yè)實驗室.2006.6.

[5]李桂云,郭曉軍.山區(qū)高等級公路邊坡防護類型及適用條件.山西建筑,2005.5,31(10),236-237.

第6篇

關(guān)鍵詞:復(fù)雜地質(zhì)條件;超前地質(zhì)預(yù)報;地質(zhì)雷達;TSP法

Abstract: Introduce the methods of the advanced geological prediction and classification , by analyzing the advantages and disadvantages of each method, summarize the comprehensive advance geological forecast in tunnel construction system method

Key words: Complex Geological Conditions, Advanced Geological Prediction, Geological Radar, Tunnel Seistoic Prediction method

中圖分類號:TU7 文獻標(biāo)識碼:A

一、超前地質(zhì)預(yù)報

(一)超前地質(zhì)預(yù)報的概念

超前地質(zhì)預(yù)報是根據(jù)地面地質(zhì)調(diào)查、掌子面地質(zhì)調(diào)查以及地球物理探測等方法對隧洞建設(shè)中可能遇到的各種不良地質(zhì)體及可能發(fā)生的各類施工地質(zhì)災(zāi)害進行預(yù)測預(yù)報。廣義而言,隧道(洞)超前地質(zhì)預(yù)報包含勘察設(shè)計階段和施工階段的預(yù)報;狹義上講,隧洞超前地質(zhì)預(yù)報是在施工階段的超前地質(zhì)預(yù)報。

(二)國內(nèi)外超前地質(zhì)預(yù)報發(fā)展現(xiàn)狀

1972年8月,在美國芝加哥召開了快速掘進與隧道工程會議。從那時起,隧道(洞)施工超前地質(zhì)預(yù)報一直倍受各國廣泛重視。隨著隧道(洞)建設(shè)快速發(fā)展,對地質(zhì)預(yù)報的要求也就越來越全面和詳細(xì),已經(jīng)從單純地質(zhì)條件的預(yù)報發(fā)展到地質(zhì)體成災(zāi)程度預(yù)報,不同地質(zhì)體處理措施預(yù)報等。

1、國外超前地質(zhì)預(yù)報發(fā)展情況

準(zhǔn)確預(yù)報施工前方地質(zhì)條件是隧道(洞)建設(shè)的迫切要求。八十年代開始,發(fā)達國家都將這類問題列為重點研究課題。日本重點研究開挖前方地質(zhì)預(yù)報;澳大利亞研究隧道(洞)施工前方地層狀況預(yù)報;德國研究掌子面附近地層動態(tài)的詳細(xì)調(diào)查;法國則把不降低掘進速度的勘探方法作為重點研究課題。隨著全世界通信、電子、計算機、數(shù)據(jù)處理等技術(shù)的飛速發(fā)展,超前地質(zhì)預(yù)報的方法發(fā)展出不同于傳統(tǒng)的地質(zhì)分析方法的多種地球物理探測方法。包括TSP地震波發(fā)射法、地質(zhì)雷達法、紅外探測法、瞬變電磁法、BEAM法等方法。

2、國外超前地質(zhì)預(yù)報發(fā)展情況

從總體上來說,我國隧洞超前地質(zhì)預(yù)報工作還十分薄弱。上個世紀(jì),與國外同行相比,我們既缺乏專職施工地質(zhì)隊伍,又不重視具體施工地質(zhì)工作,當(dāng)然就談不上超前地質(zhì)預(yù)報工作。

20世紀(jì)50年代中期,鐵二院首先在渝黔線涼風(fēng)埡隧洞中以地質(zhì)測繪為主要手段,采用地質(zhì)分析法預(yù)報隧洞前方10~30 m的地質(zhì)情況;70年代,谷德振教授開始采用地質(zhì)分析法研究斷層預(yù)測預(yù)報技術(shù);80年代中期,工程人員在衡廣復(fù)線大瑤山隧道(洞)開展了地質(zhì)法和聲波透射法地質(zhì)超前預(yù)報技術(shù);1985年,孫廣忠等以地質(zhì)情況為基礎(chǔ),隧道(洞)地質(zhì)素描(短距離超前地質(zhì)預(yù)報)為主要手段的方法,配合超前鉆速儀、鉆孔聲波測試,鉆孔潛望鏡,壓水試驗等方法,取得了很大的成功。1996年~1998年,鐵道部第一勘測設(shè)計院在秦嶺特長隧道(洞)開展了施工地質(zhì)綜合測試工作及超前預(yù)報工作,為全面隧道(洞)施工地質(zhì)工作奠定了基礎(chǔ)。同時,跟隨世界其他國家的潮流和趨勢,地球物理探測方法,如TSP法、地質(zhì)雷達法、瞬變電流法、BEAM法都取得了應(yīng)用和實踐,也取得了非常不錯的效果。

二、超前地質(zhì)預(yù)報的分類

超前地質(zhì)預(yù)報分類方法較多,常見的有按照預(yù)報方法手段、預(yù)報空間位置、預(yù)報距離進行分類。我們按照最常用的預(yù)報距離和預(yù)報方法的工作原理進行分類。

(一)依據(jù)探測預(yù)報距離分類

依據(jù)預(yù)測預(yù)報的距離,可將預(yù)測預(yù)報方法劃分為:長距離超前地質(zhì)預(yù)報和短距離超前地質(zhì)預(yù)報兩類。

1、長距離超前地質(zhì)預(yù)報的距離一般可達工作面前方150~300米,甚至更遠(yuǎn)。主要包括地質(zhì)調(diào)查、TSP探測等。它的任務(wù)主要是較準(zhǔn)確的查明掌子面工作前方150~300米范圍內(nèi)規(guī)模較大,嚴(yán)重影響隧道(洞)施工、易造成塌方的不良地質(zhì)體的位置、性質(zhì)、規(guī)模和含水性。

2、短距離超前地質(zhì)預(yù)報,也叫追蹤預(yù)報,預(yù)報距離一般在15~30米左右。主要包括掌子面地質(zhì)素描、瞬變電磁法、地質(zhì)雷達法、超前鉆探法等。它的任務(wù)是依據(jù)隧道(洞)掌子面或?qū)Ф凑谱用娴牡刭|(zhì)特征,通過觀察、量測、鑒別和分析,結(jié)合長期超前預(yù)報成果,推斷工作面前方15~30米范圍可能出現(xiàn)的地層、巖性變化情況,推斷掌子面各種不良地質(zhì)體向掌子面前方延伸的情況。

(二)依據(jù)其預(yù)測預(yù)報方法的工作原理分類

依據(jù)探測預(yù)報方法工作原理,可將超前地質(zhì)預(yù)報分成地球物理法(也叫物探方法),地質(zhì)分析法,超前水平鉆探以及超前導(dǎo)坑法三大類。

1、地球物理法(物探法)主要包括TSP隧道(洞)地震波探測超前地質(zhì)預(yù)報方法、地質(zhì)雷達探測(電磁波反射)法、紅外探水超前地質(zhì)預(yù)報方法、負(fù)式速度法、聲波CT技術(shù)預(yù)報、陸地聲納法、高密度電阻率法等物探法、BEAM法等。

2、地質(zhì)分析法主要包含地表地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)素描法、地質(zhì)作圖預(yù)測法、地下地質(zhì)構(gòu)造、地表地質(zhì)構(gòu)造相關(guān)性分析法等

3、超前水平鉆探法和超前導(dǎo)坑法等包含超前深孔鉆探(30~100m)、超前淺孔鉆探法(5~6m)和超前導(dǎo)坑法

(三) 各種超前預(yù)報方法的適用范圍和優(yōu)缺點

各種超前地質(zhì)預(yù)報方法都不可避免的存在局限性,有其優(yōu)缺點和適用范圍,我們總結(jié)如下表1-1所示:

表1-1 各種超前方法的適用范圍和優(yōu)缺點對比表

三、隧道(洞)超前地質(zhì)預(yù)報綜合分析方法

正因為超前地質(zhì)預(yù)報方法都存在一定局限性,如何提高預(yù)報的準(zhǔn)確性和及時性就成為國內(nèi)外隧道(洞)工程地質(zhì)界需要解決的技術(shù)難題,非常有必要提出一種綜合預(yù)報體系。在隧道(洞)不良地質(zhì)預(yù)報方法和隧道(洞)施工地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測方法研究的基礎(chǔ)上,通過進一步對隧道(洞)超前地質(zhì)綜合預(yù)報方法進行研究,建立以地質(zhì)分析為核心的綜合預(yù)報體系。

隧道(洞)超前地質(zhì)綜合預(yù)報工作體系是在“以地質(zhì)分析為核心,綜合物探分析,洞內(nèi)外結(jié)合、長短預(yù)測結(jié)合,物性參數(shù)互補”原則下做出的,如下圖1-1所示

圖1-1 隧道(洞)超前地質(zhì)綜合預(yù)報體系

四、總結(jié)

地質(zhì)預(yù)報是一個連續(xù)的、漸進的、系統(tǒng)的工作,目前已基本形成的針對某一隧道(洞)的地質(zhì)情況制定預(yù)報方案-選擇預(yù)報方法-實施-驗證-調(diào)整的使用過程。這也是因為對地質(zhì)情況的認(rèn)識也是一個隨著工程的進展、時間的推移、信息的不斷輸入而不斷地深入的過程。

在施工過程中需要不斷收集地質(zhì)信息,通過和預(yù)測結(jié)果進行對比、分析,找出對地質(zhì)情況認(rèn)識的不足,修正我們的認(rèn)識,并改進預(yù)報方案。

在預(yù)報方式上應(yīng)采取多種手段聯(lián)合應(yīng)用的綜合超前地質(zhì)預(yù)報,充分發(fā)揮各自方法的優(yōu)勢,取長補短,優(yōu)勢互補,互相驗證。預(yù)報實施方案要盡量科學(xué)合理,做到盡量不干擾施工。任何預(yù)報方式只能作為一種手段和參考依據(jù),其結(jié)論不可能100%準(zhǔn)確,施工中不能完全依賴于預(yù)報結(jié)論而盲目施工。

參考文獻:

[1] 孟陸波.隧道超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)與計算機輔助預(yù)報系統(tǒng)研究.成都理工大學(xué)博士論文,2009.6

[2] 張存亮.隧道超前地質(zhì)預(yù)報方法及應(yīng)用研究 西安科技大學(xué)碩士論文 2011.6

[3] 溫佐彪,張輝.綜合超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)體系的構(gòu)建與實踐. 公路工程 2011.4

第7篇

關(guān)鍵詞:BEAM 地質(zhì)雷達 引水隧洞 超前地質(zhì)預(yù)報 評價

中圖分類號:U21 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)04(c)-0052-01

BEAM是一種專門適用于隧洞探測的電法,與常規(guī)地面電法相比,BEAM利用了同性電極相排斥的原理,使用同極(正極)環(huán)型電極供電,無窮遠(yuǎn)作負(fù)極,從而形成流向掌子面前方、類似聚光效應(yīng)的聚集電流場,以便有效、精確測量掌子面前方一定范圍的巖石的電阻率值。

環(huán)型供電電極一般12支,等間距布置在掌子面外沿,打孔安置并注少量水耦合,測量電極也按環(huán)型布置,供6支,半徑小于供電環(huán)1m,該環(huán)型電極接入一個組合控制開關(guān),由電法主控制機按一定的程序進行測量,從而得到一組有關(guān)該掌子面前方一定范圍內(nèi)的電阻率數(shù)值空間分布情況。BEAM供電電流采用多頻方式供電,測量多個頻率狀態(tài)下的電阻率。由于巖體含水量多少是決定巖體電阻率值高低的重要因素,因此,實時測量掌子面前方巖體的電阻率,并進行綜合分析,具有科學(xué)性和實際意義。

1 工程實例概況

AK4+439~AK4+469洞段出露地層為T32灰黑色千枚狀炭質(zhì)板巖,含黃鐵礦晶體,層間石英脈及條帶較發(fā)育,局部夾厚0.1cm ~1cm泥炭質(zhì)層,巖層產(chǎn)狀局部變化大,揉皺發(fā)育,總體呈NW/NE向;AK4+469~AK4+701洞段出露地層為T2b深灰、灰白、白色厚層大理巖,巖層產(chǎn)狀:N10°~25°E/NW,∠65°~80°。A洞進入大理巖后,目前已開挖洞段未發(fā)現(xiàn)溶洞或巖溶管道,但局部發(fā)育溶蝕裂隙,含水,沿近EW向裂隙面常有地下水出露,局部位置水流較集中,呈線狀,在AK4+697樁號處底板出露一股大水流,估計流量在70L/s左右。

2 BEAM測試成果同表面地質(zhì)雷達和實際開挖的比較

BEAM預(yù)報試驗洞段,同時也進行了表面雷達預(yù)報,現(xiàn)結(jié)合開挖結(jié)果對其進行分析、比較。BEAM及地質(zhì)雷達預(yù)報均未發(fā)現(xiàn)前方存在大的巖溶管道、軟弱破碎帶等地質(zhì)異常構(gòu)造,巖性相對較好,這與開挖實際情況相吻合。同時對部分預(yù)報的異常位置及規(guī)模與實際開挖情況進行對比。

(1)AK4+460~AK4+496段BEAM法預(yù)報:從AK4+460~AK4+468段巖體中等破碎且不含水;在AK4+469處地層發(fā)生改變,地層改變含水特征是由“沒有”到“很小”;AK4+469~AK4+480段巖石中等破碎且少量含水。同時雷達預(yù)報掌子面前方AK4+ 469~AK4+480段存在異常,推斷AK4+469 ~AK4+473.5段為巖性分界面,AK4+ 473.5~AK4+480m為巖體破碎帶,局部含水。BEAM預(yù)報與雷達預(yù)報的結(jié)果比較吻合。從實際開挖情況來看,AK4+460~AK4+468段巖體破碎,AK4+470左右為板巖與大理巖的分界面,AK4+470~AK4+ 480段右壁存在溶蝕裂隙,有滲、滴水,局部呈線狀。預(yù)報與實際情況吻合較好。

(2)AK4+637~AK4+673段BEAM法預(yù)報:AK4+637~AK4+648段巖體中等破碎,地層由少量含水向不含水或極少量含水過渡;同時表面雷達也預(yù)報AK4+636~AK4+650段存在異常,解釋為裂隙密集帶,少量含水。BEAM預(yù)報與雷達預(yù)報的結(jié)果也比較吻合。AK4+648~AK4+663段巖石中等破碎,地層由不含水或極少量含水向少量含水過渡。從實際開挖情況來看,AK4+ 640~AK4+663段巖體中等破碎,局部洞段右壁少量滲水。預(yù)報與實際情況也較吻合。

(3)BEAM成果解釋:AK4+673~AK4 +686段巖體完整,地層不含水;AK4+686~AK4+694段巖體中等破碎,地層由不含水向含水過渡;至AK4+694處,視電阻率值R和頻率效應(yīng)百分比PFE都達到了最低;樁號AK4+694~AK4+701段巖體由中等破碎逐漸向完整過渡,地層由少量含水向不含水過渡。

(4)雷達預(yù)報成果解釋:掌子面前方AK4+693~AK4+714樁號段存在異常,推斷為溶蝕裂隙密集帶,含水;樁號AK4+670 ~AK4+687段右壁15~7m深度范圍存在異常,解釋為溶蝕裂隙,局部溶蝕破碎,含水,延伸后將在AK4+702m左右與隧道右壁相交,在AK4+711左右穿出左壁。

(5)開挖驗證情況:樁號AK4+693~AK4+712段為裂隙密集帶,樁號AK4+697處存在一斷層并向前延伸,產(chǎn)狀:N70°E/NW,∠65°~85°,斷層帶寬0.6m,在右邊墻寬達3m,為方解石膠結(jié)的角礫巖,角礫直徑3cm~5cm,受斷層的影響,裂隙成密集帶發(fā)育,在右邊墻出現(xiàn)多點涌水。并在AK4+697m處底板出露一股大水流,估計流量在70L/s左右。

BEAM及地質(zhì)雷達預(yù)報成果比較:兩種方法都預(yù)報了這一地質(zhì)異常段,BEAM預(yù)報異常位置反映在AK4+694樁號附近,地質(zhì)雷達預(yù)報范圍、位置與實際開挖基本相符,同時,地質(zhì)雷達在洞軸延長線方向和掌子面左右斜前方的預(yù)報反映較全面。

3 總體評價

(1)BEAM是一種電阻率數(shù)值預(yù)報方法,成果主要依據(jù)巖體電阻率值的低異常進行判別,目前只掌握了二維層面的技術(shù),二維技術(shù)對前方較大的巖性變化界面、巖石破碎情況和含水情況預(yù)報具有一定的準(zhǔn)確性和有效性,但對前方出現(xiàn)的裂隙、溶隙、溶蝕破碎及滲流水等較小異常體及現(xiàn)象的反映不如地質(zhì)雷達明顯。

(2)BEAM用于鉆爆開挖施工必須每天進行測量、臺車配合,如斷斷續(xù)續(xù),資料將無法分析,造成資料報廢,所以,需要施工緊密配合。

(3)BEAM法在實際隧洞超前地質(zhì)預(yù)報中雖然不失為一種先進的預(yù)測方法,但隧洞超前地質(zhì)預(yù)報涉及到的技術(shù)參數(shù)和影響組合因素眾多,如何從眾多信息中收集有用、真實的信息,是一項極其復(fù)雜而且系統(tǒng)的工作。因此,整合各種技術(shù)方法進行綜合超前預(yù)報,才是提高預(yù)報準(zhǔn)確性、科學(xué)性的有效手段。

參考文獻

第8篇

關(guān)鍵詞:CAD制圖;課程教學(xué);采礦工程專業(yè)

中圖分類號:TP391文獻標(biāo)志碼:A文章編號:

10052909(2015)02008903

工程圖紙是工程師的語言,是設(shè)計者表達設(shè)計思想和設(shè)計理念的一種形式。如今,隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展,各行各業(yè)手工繪圖已經(jīng)成為歷史,普遍采用計算機繪圖[1]。當(dāng)然,利用計算機繪圖也是當(dāng)今理工科大學(xué)生必備的一項技能[2-3]。CAD制圖是高校普遍開設(shè)的一門主干課程[4-5]。通過學(xué)習(xí)該課程使學(xué)生初步具備正確使用計算機和繪圖軟件,較為熟練地繪制專業(yè)工程圖紙,并能借助繪圖軟件計算、分析數(shù)據(jù)的能力,為將來從事工程設(shè)計、施工與管理提供基本技能。CAD制圖課程具有基礎(chǔ)理論與工程技能訓(xùn)練的雙重特點,也是聯(lián)系基礎(chǔ)課與專業(yè)課的紐帶。CAD課程的教學(xué)因?qū)I(yè)不同而有所差異,為此,針對采礦工程專業(yè)CAD制圖課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式,分享近年來的一些教學(xué)體會,以饗采礦專業(yè)的同行和學(xué)生。

一、采礦工程專業(yè)CAD制圖課程的教學(xué)內(nèi)容

(一)課堂教學(xué)內(nèi)容

古人云:“巧婦難為無米之炊”,“言之無物,行而不遠(yuǎn)”,所以,要上好一門課,首先要組織好的教學(xué)內(nèi)容。教材與教學(xué)內(nèi)容是高校課程教學(xué)的質(zhì)量保障[6]。眾所周知,自八十年代2.17版本的AUTOCAD軟件引入中國,到目前已有數(shù)十個版本?,F(xiàn)在Autodesk公司幾乎每年要推出一個新版本。國內(nèi)與之相對應(yīng)的教材也層出不窮,五花八門。有的教材專業(yè)特色明顯,比如:土木工程專業(yè)

的CAD教材[7],機械專業(yè)的CAD教材[8],等等,但唯獨沒有與采礦專業(yè)相結(jié)合的、真正適合采礦專業(yè)的CAD教材。筆者從八十年代開始就一直使用CAD繪圖,而且借助AUTOCAD軟件進行了二次開發(fā),對CAD教材內(nèi)容和版本比較熟悉

,在綜合比較后,選定AUTOCAD2004版軟件和相應(yīng)的教材作為采礦專業(yè)CAD課程教學(xué)的基本內(nèi)容。

先進的繪圖軟件和優(yōu)秀的教材是上好這門課的前提,可以照本宣科?非也。因為好的教學(xué)內(nèi)容是關(guān)鍵,為此必須精心組織教學(xué)內(nèi)容,按照由淺入深、循序漸進的步驟重新梳理出以“線-點-面-圖形編輯-圖形管理”為順序的教學(xué)內(nèi)容。第一堂課就讓學(xué)生動手繪制簡單的圖形,讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中找到成就感。待學(xué)生對CAD制圖有了一定基礎(chǔ)后,再系統(tǒng)介紹一些軟件方面的應(yīng)用知識,比如:利用area命令求面積等。

在繪制圖形案例教學(xué)中,沒有選用教材中的圖例,而是與采礦工程專業(yè)實際工程相結(jié)合,先讓學(xué)生繪制簡單、有用的實際工程圖紙,比如,讓學(xué)生自己選擇工程圖中的標(biāo)準(zhǔn)圖框A0到A4號作為案例進行繪制,圖框是由豎線和水平線構(gòu)成,使學(xué)生掌握基本的繪圖命令,圖框繪制完成并保存待參加工作后利用(因為工程圖的標(biāo)準(zhǔn)圖框全國統(tǒng)一的);然后,再繪制完整的采礦專業(yè)工程圖紙,這樣可以使學(xué)生平時的課程繪圖練習(xí)做到連續(xù)性和完整性,也很有成就感。

(二)學(xué)生課堂練習(xí)內(nèi)容

CAD課是一門操作性非常強的基礎(chǔ)課,學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不但要動腦,而且要動手操作。因此,在安排學(xué)生課堂練習(xí)方面,選擇了5套獨立的實際工程圖紙,由易到難讓學(xué)生練習(xí)。先是一套三居室的建筑房屋平面圖,只給定了建筑物的中心線輪廓及相關(guān)尺寸,讓學(xué)生繪制CAD房屋平面圖;然后,要求學(xué)生按照自己的喜好進行室內(nèi)裝修,繪制一個房屋裝修平面布置圖,包括瓷磚、衛(wèi)生間馬桶及家具等,這樣一方面讓學(xué)生練習(xí)基本功,同時又發(fā)揮了學(xué)生的自主創(chuàng)造性,也讓學(xué)生在練習(xí)中增加了對基本生活常識的了解,比如:門的寬度,床的大小與規(guī)格等,也可以防止學(xué)生相互抄襲。學(xué)生有了一定繪圖基礎(chǔ)后,再繪制與采礦專業(yè)有關(guān)的工程圖紙。筆者結(jié)合自己在國外的相關(guān)工程經(jīng)歷選擇了一套全英文工程圖紙中的一個三心拱隧道斷面圖讓學(xué)生繪制。一方面公路隧道與井工采礦的巷道相類似,而且三心拱斷面在所有巷道(隧道)類設(shè)計中難度最大,另一方面還可以開闊學(xué)生眼界,增長見識。第三套圖紙是繪制一個煤礦的綜合地質(zhì)柱狀圖。綜合地質(zhì)柱狀圖是反映礦區(qū)地層結(jié)構(gòu)和巖體屬性特征的重要成果圖件之一,是以文字描述為主的圖紙。通過訓(xùn)練可以讓學(xué)生掌握CAD軟件文字輸入與編輯基本功。第四套圖是繪制《采礦工程設(shè)計手冊》[10]中的刀把式井底車場平面圖。井底車場是聯(lián)接井下大巷運輸和井筒提升的樞紐,它擔(dān)負(fù)著煤炭、矸石、物料、人員的轉(zhuǎn)運任務(wù),在整個井下運輸系統(tǒng)中起著非常重要的作用[11]。第五套圖是繪制《采煤學(xué)》[12]課本中的一個采區(qū)布置示意圖,包括平面圖和剖面圖,讓學(xué)生自己設(shè)計與繪制,包括采區(qū)尺寸等需要學(xué)生去查找。一個礦山的采礦工程主要由地面(工業(yè)廣場)、井底車場和采區(qū)組成,所以,選擇這些部位的圖紙讓學(xué)生繪制,使學(xué)生不僅學(xué)習(xí)了CAD制圖,而且與采礦工程專業(yè)的知識緊密結(jié)合,達到了事半功倍的效果。

二、CAD課程的教學(xué)方法

教師的職責(zé),自古有之,即師者,傳道、授業(yè)、解惑也。那么作為采礦專業(yè)的教師,如何上好CAD制圖課?“沒有愛就沒有教育”。作為一名CAD制圖課的教師,首先要熱愛教師職業(yè),熱愛這門課程,這樣才有動力去鉆研CAD課程的教學(xué)內(nèi)容,研究教學(xué)方法,認(rèn)真組織教學(xué)。

(一)充分調(diào)動學(xué)生的積極性

重慶大學(xué)采礦工程專業(yè)CAD課安排在大學(xué)二年級上學(xué)期。由于大二的學(xué)生對所學(xué)專業(yè)仍不甚了解,部分學(xué)生感覺迷茫,總認(rèn)為自己的專業(yè)不如別人,學(xué)一行厭一行,對專業(yè)課學(xué)習(xí)的積極性不高。所以,筆者上第一堂課時,沒有正面強調(diào)CAD課如何重要,而是采用發(fā)問的方式,詢問學(xué)生有哪些方式可以掙錢謀生?答案五花八門。筆者歸納學(xué)生的答案,即:說,做藝人說相聲、唱歌或節(jié)目主持等,可以掙錢謀生;寫,寫小說成作家可以掙錢謀生;畫,成為畫家或工程師畫圖紙、搞設(shè)計,可以掙錢謀生。當(dāng)然,還有肩扛背馱也可以掙錢謀生。通過比對,讓學(xué)生明白學(xué)習(xí)的重要性。此外,筆者還下載了國內(nèi)知名的與礦山有關(guān)的大型企業(yè)和設(shè) 計院招聘廣告,把這些企業(yè)對采礦專業(yè)人員的職業(yè)要求展示給學(xué)生,讓學(xué)生知曉掌握CAD繪圖技能對于求職就業(yè)的重要性。

(二)邊教邊學(xué)邊操作

CAD課程是一門實用性和操作性非常強的基礎(chǔ)課程。雖然沒有深奧的理論和繁瑣的公式,但操作使用命令比較多,命令之間沒有連貫性。所以,筆者在教室選擇上,除了要求有多媒體之外,還要求每位學(xué)生要有一臺電腦。這樣,筆者在講臺上講述完一個操作命令,馬上要求學(xué)生在自己的電腦上進行操作,現(xiàn)場答疑。對學(xué)生的問題,教師要耐心指導(dǎo),要求學(xué)生靈活掌握命令的使用與操作,切忌死記硬背。

(三)與實際工程相結(jié)合并延伸CAD的應(yīng)用

在學(xué)生繪圖練習(xí)案例選擇方面,密切與采礦工程專業(yè)結(jié)合,并把CAD的使用在專業(yè)方面進行延伸,緊扣實際工程,讓學(xué)生體會到成就感。比如,計算礦量時,根據(jù)底板等高線計算礦體的面積,有的借助求積儀來求面積,學(xué)了CAD后,就可以直接用Area命令求面積,計算礦量;還有利用CAD直接繪制地質(zhì)剖面圖,確定點的坐標(biāo),按照一定的坡度尋求最佳礦區(qū)道路路線,等等。

三、CAD課程考核方式

考試是檢查、考核學(xué)生對知識掌握情況的一種手段,課程考試在人才培養(yǎng)過程中起著“指揮棒”的作用,對高校人才培養(yǎng)模式的構(gòu)建和培養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)有著深遠(yuǎn)的影響[13]。社會對創(chuàng)新型人才的要求絕不是一個純粹的知識蓄積者,而是一個知識的運用者[14]。所以,筆者在征得相關(guān)部門同意

后,取消了期末一卷定終身的閉卷考核模式,將考試納入到平時的案例練習(xí)中,要求學(xué)生在課程結(jié)束后,按照正規(guī)要求提交5套圖紙,最后根據(jù)5套圖紙的繪制質(zhì)量以及課堂學(xué)習(xí)情況評定學(xué)生的最終成績。

四、結(jié)語

CAD課是一門實用性和操作性非常強的基礎(chǔ)型課程。用CAD制圖是工科專業(yè)大學(xué)生必備的基本技能。如何教好該課程,讓學(xué)生終生受益,探索建立一套“由淺入深、循序漸進、密切結(jié)合實際、體現(xiàn)專業(yè)特色”的教學(xué)方法值得CAD教學(xué)同行專家深入思考,不斷完善,找到更多有效的舉措,共同推動采礦工程專業(yè)CAD制圖課程教學(xué)上新臺階。參考文獻:

[1]張軍安.AUTOCAD2005實用教程[M].西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,2005.

[2]王秀英,陶永蘭,張秀芝.培養(yǎng)理工科學(xué)生計算機繪圖能力的探索與實踐[J].實驗技術(shù)與管理,2009,26(7):119-121.

[3] 林寶如,何頻,張樂于.論對學(xué)生計算機素質(zhì)和計算機應(yīng)用能力的培養(yǎng)[J].高等建筑教育.2007.16(1):50- 53.

[4]楊文偉.21世紀(jì)高校CAD課程整合與實踐[J].時代教育,2008(10):94.

[5]劉平,劉楠.工程制圖CAD考試的改革與探索[J].中國成人教育,2008(3):3.

[6]張揚,尹紅,李孟輝.高校課程教學(xué)質(zhì)量保障體系的構(gòu)建探析[J].高等農(nóng)業(yè)教育,2010(1):46-48.

[7]陳德業(yè),黃惠瑩,謝龍漢.AutoCAD 2009建筑制圖實例圖解[M].北京:清華大學(xué)出版社,2009.

[8]李乃文,夏素民,孫江宏等.AutoCAD 2008中文版機械制圖案例教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2008.

[9]鄒云翔.礦山地質(zhì)剖面繪制系統(tǒng)設(shè)計與研究[D].長沙:中南大學(xué)碩士論文,2009.

[10]張榮立,何國緯,李鐸.采礦工程設(shè)計手冊[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2003.

[11]柳忠校.井底車場建模系統(tǒng)[D].青島:山東科技大學(xué)碩士論文,2009.

第9篇

關(guān)鍵詞:隧道排水;涌水量;滲透系數(shù)

中圖分類號: U448.21 文獻標(biāo)識碼: A 文章編號: 1673-1069(2017)05-69-2

0 引言

近年來,隨著我國大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),特別是對高速鐵路、高速公路的建設(shè),修建了不少的隧道結(jié)構(gòu)。通常情況下施工中或運營后的隧道結(jié)構(gòu)物都是被地下水所包圍的。由于地下水的作用,往往引起隧道襯砌的開裂、滲水,地表的塌陷等一系列的問題,且隧道埋深越深其水位就越高,引起的水壓力也就越大。如何處理地下水是現(xiàn)階段山嶺隧道設(shè)計施工中決的首要問題。我國隧道建設(shè)者長期以來奉行的都是“以排為主”的理念,但長期的以排為主就會造成破壞原有地下水平衡,引起水位下降,從人發(fā)生地表沉降變形,嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境。但是如果采取城市地鐵施工的全封堵方案也是行不通的,特別是高水位地區(qū)修建隧道時,將會使襯砌承受巨大的水壓力,但是也不能一概采取“以排為主”的原則。筆者認(rèn)為山嶺隧道在高水位區(qū)采用堵排結(jié)合,以限排為主的隧道修建措施將會有利于隧道本身的結(jié)構(gòu)安全,又不破壞生態(tài)環(huán)境。

1 隧道涌水情況

一般來說,地下水有深層構(gòu)造裂隙水(存在深層水循環(huán)的情況)和巖溶地下水(突發(fā)性涌水情況),同時,隧道地區(qū)地下水分為:淺層風(fēng)化裂隙水和下部構(gòu)造裂隙水。前者在40-50m范圍內(nèi),水交替作用強烈;后者大多在500m以上范圍內(nèi),交替作用緩慢。深埋隧道的涌水來自后者(包括滲出、滴流、股流及大范圍突水等不同形式),開挖后地下水活動影響范圍盡局限于一定范圍,而不是整個地下水,實質(zhì)是深層地下水在起作用。

而關(guān)于隧道涌水量預(yù)測,包括理論解析法、經(jīng)驗解析法和水文地質(zhì)數(shù)值模擬法。針對隧道(尤其是特長大埋深隧道) 巖體的水力學(xué)特性,解決好隧道結(jié)構(gòu)在圍巖壓力與水壓力雙重應(yīng)力環(huán)境下的涌水量問題,是目前隧道建設(shè)者需面對的重要課題。其理論解析法在《滲流與應(yīng)力耦合環(huán)境下裂隙圍巖隧道涌水量的預(yù)測研究》(黃濤與楊立中編著)中有較詳細(xì)的介紹。目前大部分隧道建設(shè)都采用經(jīng)驗解析法,即通過水力學(xué)理論結(jié)合工程經(jīng)驗給出相P經(jīng)驗公式。下文列舉出的經(jīng)驗解析公式主要摘自于《鐵路供水水文地質(zhì)勘測規(guī)范》和《鐵路工程水文地質(zhì)勘測規(guī)范》。(圖1,圖2)

①初始最大涌水量q0。

q0=2πK

經(jīng)驗公式:q0=0.0255+1.9224KH

式中,q0――隧道單位長度預(yù)測最大涌水量(m3/d);

K――隧道圍巖體的滲透系數(shù)(m/d);

H――初始水位至隧道底的高度(m);

r0――隧道橫斷面的轉(zhuǎn)換圓半徑(m);

d――隧道橫斷面的轉(zhuǎn)換圓直徑(m);

m――相關(guān)系數(shù),通常取0.86。

②長期涌水量q2

經(jīng)驗公式:q2=KH(0.676-0.06K)

式中各符號意義同前[3](在這里的計算中,實際上只有考慮了襯砌和注漿的作用,才在我們的實際中有現(xiàn)實意義)。

③遞減涌水量q1

隧道施工初期最大涌水量隨著開挖時間的延續(xù)及水壓的逐步減小將逐漸減小,自最大涌水量至長期涌水量q2的減小量稱為遞減涌水量q,其計算采用佐藤邦明公式:

q1=q0-???Kr0

式中:――試驗系數(shù),通常取12.8;

t――從t0至t2遞減時間(d);

λ――巖體裂隙率;

B――洞身寬度(不含襯砌)。

2 巖體的滲透系數(shù)

通過計算公式不難看出,滲流計算分析中巖體的滲透系數(shù)K正確取用是非常關(guān)鍵的。數(shù)字計算或模擬試驗的精度再高,其參數(shù)選用不當(dāng)也將導(dǎo)致計算結(jié)果的偏差很大,從而使確定的滲流控制方案不適用或過于浪費。目前計算機的精度很高,但選用參數(shù)的誤差往往在數(shù)量級上,這種計算中的參數(shù)失調(diào)問題急需解決。巖體的滲透系數(shù)K與圍巖的滲透性與其完整性有密切的關(guān)系,土類的滲透系數(shù),由粗礫到粘土隨著土粒的減小在很大范圍內(nèi)變化且隨著其緊密度而減小,至于巖石的滲透系數(shù)主要取決于巖體的裂隙及風(fēng)化破碎程度,巖石塊本身的滲透性很小,常在現(xiàn)場用壓水試驗來確定,有關(guān)文獻將圍巖的滲透性進行了分級,見表1。同時,圍巖所承受的壓力的大小對滲透系數(shù)也有一定的影響。

得到沿裂隙系統(tǒng)各主方向k值,便可以結(jié)合場的邊界條件求解多孔介質(zhì)的各向異性滲流方程式,在二向穩(wěn)定流問題上,即求解:

(kx)+(kz)=0

上述連續(xù)介質(zhì)計算模型,計算結(jié)果基本穩(wěn)定,但如果斷面上有裂隙數(shù)量密集時應(yīng)按照連續(xù)介質(zhì)考慮,而如果裂隙間距與滲流邊界尺寸相比大于1/50時應(yīng)按不連續(xù)介質(zhì)考慮等。以上兩種情況下應(yīng)采用的計算模型是有區(qū)別的。

目前隧道設(shè)計者主要用現(xiàn)場測試法和裂隙采樣測量法。現(xiàn)場試驗法試驗準(zhǔn)確度高,成本也較高,包括單孔壓水試驗、三段壓水試驗、三孔交叉壓水試驗等,即根據(jù)野外壓水試驗來確定圍巖體滲透系數(shù);裂隙采樣測量法有測線法和測網(wǎng)法,在李亮輝的碩士論文《裂隙巖體隧道滲流場分析與防排水技術(shù)研究》中有較詳細(xì)的介紹。

3 結(jié)論

總結(jié)性的介紹了隧道所處的水環(huán)境及涌水的概念,并較詳盡說明了涌水量的計算,綜合上述研究成果可以看出,在涌水量計算方面還存在不少問題有待進一步研究。

①涌水量的計算目前大都采用經(jīng)驗計算法,在其精度方面有待于進一步的提高。

②通過較準(zhǔn)確的預(yù)測最大涌水量,遞減涌水量,經(jīng)常涌水量,可以在施工階段和運營階段較好的設(shè)置排水設(shè)施,以減小水對隧道結(jié)構(gòu)和運營功能的破壞。

③隧道滲流分析中根據(jù)圍巖裂隙的分布情況需要選用不同的計算模型,當(dāng)裂隙體密集且其分布縱橫交錯的情況,按照連續(xù)介質(zhì)計算是較為合理的;但隧道中地質(zhì)條件、水文條件都十分復(fù)雜,當(dāng)遇到溶洞、大的裂隙等,還需要用到管道流理論和裂隙流理論,有待于進一步研究。

④通過注漿加固圈可以有效減少襯砌上的外水壓力,但各層分擔(dān)水壓力的大小和規(guī)律則需要通過其他方式來驗證,同時在襯砌周圍滲流場或水壓力的分布規(guī)律以及圍巖內(nèi)的滲流場還要進一步分析。

⑤裂隙采樣測量法在隧道工程中有較好的實用性,如何通過該方法更加準(zhǔn)確的確定巖石的滲透系數(shù)可為涌水計算的重中之重,更是以后研究的重點。

參 考 文 獻

[1] 關(guān)寶樹.隧道工程設(shè)計要點集,要點六[M].北京:人民交通出版社,2003.

[2] 張有天,張武功,王語.再論隧洞水荷載的靜力計算[J].水利學(xué)報,1985(3).

[3] 毛昶熙.滲流計算分析與控制[M].北京:水利水電出版社,2003.

[4] 董國賢.水下公路隧道[M].北京:人民交通出版社,1984.

[5] 關(guān)寶樹,譯.青函隧道土壓研究報告―第八章隧道襯砌上的壓力[J].隧道譯叢,1980(10):38-50.

[6] 仵彥卿.巖體裂隙系統(tǒng)滲流場與應(yīng)力場耦合模型[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護,1996(1):31-34.

[7] 謝興華,盛金昌,速寶玉,等.隧道外水壓力確定的滲流分析方法及排水方案比較[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2002,21(增2):2375-2378.