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《武汉岩土所在钻孔周围不良地质和岩体结构探测方面取得研究进展》

  • 来源专题：岩土力学与工程信息资源网
  • 编译者： linana
  • 发布时间：2024-06-26

  • 我国岩溶区面积344万km2，约占国土面积1/3，是世界上岩溶分布最广的国家，许多国家重大工程往往难以避开岩溶地区。由于岩溶发育的复杂性，工程场地岩溶的精准探测，特别是深覆盖岩溶的探测一直是困扰岩溶地区工程建设的难题。在未探明岩溶发育的情况下开展工程建设可能导致桩基承载力不足、掉桩、断桩，乃至地面塌陷等重大安全事故。现有满足亚米级精度的地表物探方法探测深度较浅，孔中探测方法存在“一孔之见、一面之见”等问题，导致深部岩溶“探不到”。岩溶地区地质构造复杂，在探测过程中会存在多界面信号干涉、转换和叠加，导致地质界面“测不准”。

    针对深部岩溶“探不到”，地质界面“测不准”的技术瓶颈，中国科学院武汉岩土力学研究所智能岩石力学团队刘鎏博士与同济大学石振明教授团队、武汉长盛工程检测技术开发有限公司等单位开展产-学-研合作研究，在探测装备和解译算法展开了创新，形成了岩溶探测新装备、反演成像新方法，有效地解决上述难题。具体体现在：(1)发明了钻孔多频声波探测和桩孔阵列式声呐探测装备，突破了钻孔周围和桩底持力层溶洞的分米级定量定向探测，填补了国内外深覆盖型岩溶快速精准探测的技术空白；(2)发明了钻孔周围岩溶的全波形反演方法，定量表征了孔周岩溶填充物的弹性参数。突破了桩孔底持力层岩溶顶板10-2mv级弱反射波的提取技术，首次实现单桩10分钟内完成持力层岩溶探测和解译，实践反馈显示准确率超90%。研究成果得到了广西和贵州两个岩溶强发育省份的勘察规范在岩溶定量和定向探测等关键指标上的唯一推荐。成果作为重要创新点获得了2022年上海市技术发明一等奖，湖北省高价值专利大赛金奖，中国公路学会优秀博士论文奖。

    相关研究成果已在《Engineering Geology》《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》等知名期刊上发表，授权了中国和美国发明专利多项，研究得到了国家自然科学基金项目42207211和42172296资助。

    论文链接1：https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2023.107124

    论文链接2：https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2021.107048

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  • 《武汉岩土所在盐渍土改性及资源化利用方面取得进展》
    • 来源专题：岩土力学与工程信息资源网
    • 编译者：李娜娜
    • 发布时间：2025-06-29
    • 盐渍土是指土壤中盐分浓度过高，具备盐胀、溶陷和腐蚀等特殊工程性质的一类土体，其广泛分布于我国干旱及半干旱地区。土壤中溶解的盐分因水分蒸发或水盐迁移而在地表附近逐渐聚集，形成显著的盐层或盐结晶，造成盐胀现象。盐渍土浸水后由于盐晶溶解或侵蚀作用，又产生溶陷现象。反复的盐胀和溶陷导致盐渍土地区道路工程、水利工程、建筑工程等病害和服役安全问题。如果采用换填优良填料、加强支档结构等传统方法，则会大幅度增加工程造价。因此，盐渍土地区工程建设和长期性能保障面临诸多挑战。 对此，中国科学院武汉岩土力学研究所路基工程研究团队提出两类盐渍土资源化利用方案：（1）采用固废对盐渍土就地固化改性，消除盐胀；（2）充分利用盐渍土，开发盐渍土基泡沫多孔隔断层，提出盐渍土路基“以盐治盐”新技术。 研究团队依托新疆乌鲁木齐绕城高速公路工程，开展了盐渍土路基填料改良技术研究，充分利用新疆地区广泛存在的粉煤灰、矿渣等固废，联合聚丙烯酰胺，研发了一种有机无机相结合的盐渍土改性剂。试验表明粉煤灰矿渣通过水化水解反应，生成多种水化产物，填充孔隙、增加密实度；聚丙烯酰胺则通过胶体本身的黏性，将水化产物和土颗粒联结形成空间网状结构，三者联合固化可显著抑制盐渍土盐胀和溶陷、提升力学性能。 此外，研究团队还提出盐渍土基泡沫多孔隔断层新技术，充分利用工程沿线广泛分布的盐渍土，替代传统的两布一膜，可显著降低工程造价。该材料由盐渍土、胶凝材料、水、泡沫组成，具有多孔、隔热、轻质等结构特征。研究结果表明，通过在路床底部设置一定厚度的泡沫多孔隔断层，可起到良好的隔盐和保温效果。在温度梯度作用下，盐渍土路基内水盐向上迁移，盐分在泡沫多孔隔断层内部聚集，而其多孔结构又提供了储盐和盐胀空间。另外，由于多孔结构较低的热传导性，导致隔断层有较好的保温效果，进一步限制了盐渍土内部的水盐向上迁移，从而达到盐渍土资源化利用及保障路基稳定性的目的。该技术已成功应用于乌鲁木齐绕城高速公路，现场示范工程长期监测结果显示利用效果良好。 研究成果发表于《Bulletin of Engineering Geology and the Environment》、《岩石力学与工程学报》、《岩土力学》等期刊，授权发明专利3项。研究工作得到了国家自然科学基金项目（42477205）、湖北省自然科学基金创新群体项目（2023AFA019）、岩土力学与工程安全重点实验室揭榜挂帅项目（SKLGME-JBGS2403）的资助。 论文链接： https://link.springer.com/article/10.1007/s10064-024-03938-w https://link.cnki.net/urlid/42.1397.O3.20241210.1336.001 http://ytlx.whrsm.ac.cn/CN/10.16285/j.rsm.2023.0788
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  • 《武汉岩土所在断层带泥质充填节理岩体剪切滑移机制方面取得进展》
    • 来源专题：岩土力学与工程信息资源网
    • 编译者：李娜娜
    • 发布时间：2024-12-10
    • 随着浅部煤炭资源日渐减少，我国中东部矿井逐步向千米深部延伸。由于地质历史上长期构造运动的反复剪切挤压作用，深部地层频频出现大范围断层破碎带。以淮南矿区为例，矿区范围内落差大于20米的断层达600余条，每平方千米平均0.4条，其中延伸长度大于1000米的断层占总数的62.5%。同时，随着国家“一带一路”战略的实施，我国正在大规模建设公路、铁路和跨流域调水工程，大量隧道需穿越构造密集发育的深部地层，如：川藏铁路沿线断层密集发育，穿越大量深大活动断裂带（澜沧江断裂带，怒江断裂带、嘉黎断裂带、西兴拉断裂带等）。深部断层破碎带赋存高构造应力，围岩破碎软弱，结构复杂多变且多富含地下水，通常夹杂有大量断层泥，多以岩屑、粉细砂、黏性颗粒等为主，深部断层带围岩高应力与低强度矛盾突出。因此，当隧（巷）道穿越深部断层带时，米级大变形和失稳破坏屡屡出现，造成重大经济损失和安全隐患。 基于此背景，中国科学院武汉岩土力学研究所地下工程科研团队开展了室内试验和渗流力学的相关研究，主要研究成果如下：①开展了流体作用下含断层泥断层诱导滑移的三轴剪切渗流实验，研究了断层泥对断层滑移力学行为以及摩擦稳定性的影响，揭示了泥质充填节理剪切强度及剪切滑移机制；②研究了断层泥岩石粒径对断层滑移速度依赖特性的显著影响。结果表明，断层泥岩石粒径控制着断层滑移事件的发生，并且初始断层滑移所需的流体压力与岩石粒径呈负相关。并深入研究了水力耦合下断层泥诱导断层滑移破裂的微观机制，为深部软岩大变形灾害防控方法的研究提供了新的思路；③研究了断层带充填物含水率对粘土充填岩节理的抗剪强度的影响。研究发现当含水量超过塑性极限时岩石节理的抗剪强度呈负相关趋势，基于JRC-JCS强度准则，提出了富粘土填充岩石节理的剪切强度模型。 研究团队以深部断层破碎带大变形灾害防控为导向，旨在突破深部断层破碎带节理岩体变形分析的理论和技术难题，研究成果为深部断层破碎带围岩大变形防控理论与技术研究提供了理论支撑。相关论文已经发表在《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》，《International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences》等期刊，获发明专利1项。 论文1链接：https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2024.02.022 论文2链接：https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2024.105919
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