关键块体理论在高速公路连拱隧道围岩稳定性分析中的应用

摘要

在隧道施工过程中，由于岩体天然应力状态遭到破坏，引起隧道周围岩体的卸荷回弹和应力重分布，当这种回弹应力和重分布应力超过围岩所能承受的范围时，将造成某些块体沿着结构面失稳，进而造成工程岩体的失稳破坏，给施工带来严重威胁，直接影响施工的安全和进度。块体理论(BlockTheory)是近年来发展和完善起来的一种岩体工程稳定性分析研究方法，随着国内外学者认识和研究的深入，其研究方法已经较为成熟，块体理论日益被广泛接受。 本文以云南思(茅)—小(勐养)高速公路曼歇4号连拱隧道为工程实体，以在施工现场绘制的地质素描图(包括洞顶、洞壁结构面展示图)为基础，建立隧道和结构面的实体模型，应用矢量运算对由隧道临空面和岩体中的结构面构成的块体进行稳定性分析。本文所得出的所有的计算结果都是在空间结构面的位置已经确定的前提下得出的，所有这些结果都是确定的值。 为了使这种分析方法能够方便地应用于科研、生产实际，作者在Windows环境下进行了工程分析软件的开发。在软件开发过程中，以Matlab为平台，全部程序均用Matlab进行编写。该软件提供了简洁明快的输入、输出界面，可方便地实现数据输入、计算分析、分析结果的图形化(动画、缩放、旋转)输出。使得高速公路连拱隧道的围岩稳定性分析能够在很短的时间内完成。论文还将本软件的计算结果与隧道施工监控量测结果进行对比分析，从而证明了计算结果是可靠的。本方法能够得出块体稳定性分析的确定性结果，而开发出的软件可以代替繁杂的手工劳动，并且具有很高的准确率，为高速公路连拱隧道的围岩稳定性分析提供了一条准确、快捷的途径。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1论文选题依据

1.2块体理论所存在的问题及国内外研究历史与现状

1.2.1块体理论自身所存在的问题

1.2.2块体理论国内外研究历史与现状

1.3本文主要内容和贡献

2研究区工程地质背景

2.1交通位置和工程概况

2.2地形地貌

2.3地层岩性

2.4地质构造

2.5水文地质条件

2.6 地震

3块体理论的基本原理

3.1概述

3.2块体理论的基本原理

3.2.1块体分类

3.2.2几何分析

3.2.3运动学分析

3.2.4力学分析

4计算程序设计

4.1块体有限性的判别

4.2块体可动性的判别

4.3判别真正关键块体

4.4块体的体积及滑动面面积的计算

4.4.1构成块体的空间结构面方程

4.4.2临空面数学表达式

4.4.3关键块体顶点的求解

4.4.4块体体积及面积的计算

4.5块体稳定性评价

4.5.1块体脱离岩体运动

4.5.2沿单面滑动

4.5.3沿双面滑动

5算例及讨论

5.1块体稳定性分析的参数选取

5.1.1块体顶点的取值限定

5.1.2隧道参数的选取

5.1.3结构面参数的选取

5.2计算结果

5.3结果验证

5.3.1曼歇4号隧道中导洞围岩变形破坏情况

5.3.2监控量测结果

5.4小结

6软件的操作及实现

6.1软件开发的思路

6.2软件界面及功能

7结论及展望

致谢

参考文献