基于灰色理论的隧道围岩稳定性预测分析

摘要

在高速公路隧道施工过程中，隧道围岩的稳定性和可靠性是保证安全施工的重要保证。隧道在开挖的过程中，洞室周围岩体将发生应力重分布，当这种重分布应力超过围岩的强度极限时，将造成围岩的失稳破坏。因此，围岩稳定性和可靠性分析是高速公路隧道施工的一项极为重要的研究内容。 本文结合渝湘高速公路白马隧道工程实践，以高速公路隧道围岩位移变形为主线，对隧道围岩稳定性和可靠性进行了系统的研究。 首先，从隧道围岩的工程地质因素入手，对围岩的变形破坏机制进行了分析和探讨，对隧道的破坏类型、影响隧道稳定的因素进行了系统的研究，对不同的情况下围岩的破坏区进行了预测。 其次，研究了现行新奥法信息施工的监测内容、监测目的及监测的频率，通过对量测数据的分析，可以及时了解围岩稳定程度的支护结构可靠性，从而预见事故和险情。 最后，通过对白马隧道围岩的位移量测，引用GM(1，1)、DGM(2，1)、Verhulst灰色系统模型，建立了适合隧道位移预测的灰色模型。对比结果显示：三种模型都比较适合围岩预测效果，而GM(1，1)和DGM(2，1)模型更接近隧道位移规律，应用实例表明它对隧道位移预测有较好的适应性。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1问题的提出

1.2国内外现状及评述

1.2.1隧道围岩稳定性分析的方法

1.2.2隧道监控量测技术

1.2.3灰色理论在隧道围岩位移分析的应用

1.3本文的主要研究内容

2白马隧道地质特征及工程概况

2.1交通位置和工程概况

2.2地形地貌

2.3地质构造

2.4地层岩性

2.4.1第四系(Q)

2.4.2三叠系下统飞仙关组(T1f2-4)

2.4.3三叠系下统嘉陵江组(T1j1-4)

2.4.4三叠系中统雷口坡组(T2l)

2.4.5不良地质现象

2.5气象、水文地质条件

2.5.1气象条件

2.5.2地下水类型及富水性

2.5.3地下水补给、径流、排泄特征

2.5.4地下水的动态变化

2.5.5地下水水质类型及其腐蚀性

2.6地震条件

2.7白马隧道主要工程地质问题评价

2.7.1区域稳定性评价

2.7.2岩溶工程地质评价

2.7.3进口(长沙端)洞口工程地质问题评价

2.7.4洞口稳定性评价

2.7.5出口(重庆端)洞口工程地质问题评价

2.7.6洞口稳定性评价

3高速公路隧道围岩破坏机理及稳定性分析

3.1岩体变形

3.1.1稳定蠕变

3.1.2不稳定蠕变

3.2隧道围岩破坏类型

3.2.1局部落石破坏

3.2.2拉断破坏

3.2.3重剪破坏

3.2.4剪切破坏复合破坏

3.2.5岩爆破坏

3.2.6潮解膨胀破坏

3.3影响隧道的稳定因素

3.3.1地质及地质结构对隧道稳定的影响

3.3.2地应力

3.3.3岩体力学性质影响

3.3.4工程因素影响

3.3.5地下水因素

3.3.6时间因素

3.4初期支护后隧道围岩的变形

3.4.1急剧变形阶段

3.4.2缓慢变形阶段

3.4.3隧道趋于稳定阶段

3.5围岩发生变形的机理

3.5.1洞室开挖前的应力状态

3.5.2洞室开挖后的应力状态

3.6拉裂、重剪和复合破坏情况下破坏区的预测

3.6.1拉裂破坏区的预测

3.6.2重剪破坏区的预测

3.6.3剪切破坏区与复合破坏区的预测

3.7白马隧道拱顶剪裂区预测

4新奥法施工及其监控量测技术

4.1隧道新奥法简介

4.1.1新奥法设计方法

4.1.2新奥法施工分两个阶段

4.2信息化设计施工

4.3监控量测及分析

4.3.1监控量测的目的与任务

4.3.2监控量测项目及测点埋设

4.3.3量测频率和量测时间

4.4洞内观察与地质素描

4.4.1洞内观察

4.4.2地质素描

4.5拱顶下沉或地表下沉

4.6净空相对位移

4.7量测数据处理及应用

4.7.1量测数据散点图和曲线

4.7.2量测数据的回归分析

5白马隧道围岩位移监控量测及其灰色预测

5.1灰色系统理论简介

5.1.1不确定性系统研究方法综述

5.1.2灰色系统理论原理

5.1.3几种主要的灰色系统预测模型

5.2利用灰色系统进行围岩稳定位移预测

5.2.1数据处理

5.2.2关联度检验

5.3白马隧道围岩位移的灰色预测

6结论及建议

6.1结论

6.2建议

致谢

参考文献

附录