陡倾角节理主控的隧道近水平状沉积围岩变形特征

摘要

在国内交通工程的建设中，尤其是在我国中西部地区，隧道作为控制性工程之一，向着特长、大断面、大跨度方向发展，且地质情况也愈加复杂，一些建设问题也随之突显。隧道开挖是在岩土体环境中进行，受围岩地质结构、赋存状态、施工方法影响较大，开挖过程中的变形分析，是隧道安全施工的关键点，也是隧道建设中的一个难题。
　　岩体在形成以及发展过程中，经历了各种复杂的地质构造作用，岩体中赋存大量的节理、裂隙以及断层等结构面，物理力学性质十分复杂，在外力作用下容易失稳以及破坏。在隧道工程中，围岩的破坏通常取决于节理的性质及分布，围岩的稳定性往往是由节理优势结构面所控制。在山岭隧道的修建中，隧道将不可避免穿越不同产状的层状节理岩体，很多情况下隧道围岩的变形受节理的控制。因此，展开对节理主控变形的岩体隧道研究，一方面能够为节理主控变形的隧道稳定性分析提供类似经验，另一方面也丰富了隧道稳定性分析的方法。
　　本文采用理论分析、现场实测以及数值模拟方法，结合贵州省晴隆至兴义高速公路中的山岭隧道—沙家坪隧道现场实测数据，从节理对隧道围岩稳定性影响的角度出发，分析了山岭隧道复杂地质条件下围岩开挖变形至稳定的过程，得到了节理产状与围岩变形的关系，并辅以数值计算验证了其规律的可靠性。论文主要结论如下：
　　（1）沙家坪隧道优势节理倾角角度较大，是隧道围岩稳定性的主控因素，节理倾角在45°～70°时为支护的最不利情况。节理倾角小55°时，主要影响周边收敛；大于70°时对拱顶沉降影响较大。
　　（2）拱顶沉降、周边收敛实测数据表明：洞口段Ⅴ级围岩变形稳定时间约为45天，洞身段Ⅴ、Ⅳ级围岩变形稳定时间分别约为30、25天。空间效应上分析表明：洞口段各断面在距掌子面距离为三倍洞径时，拱顶下沉和周边收敛的位移释放率都达到了80％，洞身段各断面在距掌子面距离为两倍洞径时，拱顶下沉和周边收敛的位移释放率都达到了90%；距掌子面距离为50米时，位移释放率均达到了90%以上。
　　（3）数值模拟表明，随着倾角的变化，位移场与应力呈明显的不对称分布，且在45°～60°时为支护的最不利情况，且与实测统计分析结果基本趋于一致。

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第1章 绪论

1.1研究的背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3研究内容以及技术路线图

第2章 沙家坪隧道近水平状围岩的陡倾角节理特征

2.1沙家坪隧道工程概况

2.2沙家坪隧道岩体节理的空间分布

第3章 陡倾角节理控制下隧道开挖变形特征分析

3.1隧道变形监控量测

3.2节理与围岩变形的空间关系

3.3小结

第4章 节理对围岩变形特性影响的数值模拟分析

4.1节理的有限元模型

4.2围岩的模拟

4.3数值模拟结果分析

第5章 结论与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间发表论文