高应力区深埋长大公路隧道岩爆预测研究

摘要

秦岭终南山特长公路隧道是目前世界上第一座采用双洞单向行驶的特长山岭公路隧道，建设规模居世界第一。地质条件较为复杂，岩爆问题和大变形问题是该隧道的主要工程地质问题。本文结合终南山特长公路隧道的工程实践，以岩爆问题为研究主线，对这一世界性的地下工程难题做了较为全面的实例研究。本文的研究内容及获得的结论主要包括以下几个方面： （1）全面论述了所研究区域的工程地质条件。 （2）总结了有关岩爆基本概念及预测的研究成果，讨论了岩爆的力学特性，并分析了岩爆岩石的破坏特征、破坏机理，认为在岩爆的形成发生过程中既有张性劈裂破坏，也有剪切破坏，是以劈裂破坏为主的张剪复合型破坏机理。同时对岩爆的影响因素进行了较为系统的分析，认为引起岩爆的原因非常复杂，与地应力状况、底层岩性、埋深、岩体结构、地下水与开挖断面的大小、形状、开挖方法等诸多因素有关，其中地应力条件和底层岩性是产生岩爆的决定性因素，但其他因素的影响也是不可忽视的。 （3）通过对研究区地应力、岩性条件、岩体结构、地质构造等方面的分析，并结合岩爆岩石力学试验研究，认为秦岭终南公路隧道2号通风竖井及风道系统已达到中等～高等地应力条件，满足发生岩爆的地应力条件，在Ⅳ类、Ⅴ类围岩地段施工中可能发生轻微～中等程度岩爆。 （4）通过利用FLAC3D数值分析软件进行数值模拟分析得出，在风道施工过程中，距离主隧道越近的位置，附近岩体受到的扰动就越大，扰动范围与原先隧道施工过程扰动范围重合，并继续向岩体深处延伸，风道顶部下沉较大。四连拱施工时，应力和位移的影响范围最大，变化幅度最大，两拱的拱脚交汇处为高应力区域。 （5）在以上研究的基础上，对主要岩爆地段进行了预测，并提出防治措施。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1选题依据及研究意义

1.2国内外研究现状

1.3主要研究内容、研究思路及技术路线

1.3.1主要研究内容

1.3.2研究思路

1.3.3技术路线

1.4 小结

2岩爆机理与岩爆影响因素的理论分析

2.1岩爆机理的理论分析

2.1.1岩爆的破坏特征

2.1.2岩爆的动力学特征

2.1.3岩爆的物理力学特征

2.1.4岩爆破坏机理

2.2岩爆影响因素分析

2.2.1地应力

2.2.2岩性

2.2.3埋深

2.2.4岩体结构

2.2.5地下水

2.2.6人为开挖

2.3 小结

3研究区工程地质环境条件

3.1地形地貌

3.2地层岩性

3.3地质构造

3.3.1构造应力场及地应力

3.3.2节理裂隙发育特征

3.3.3构造应力场演化

3.4水文地质条件

3.5水系

3.6气象特征

3.7地震基本烈度

3.8施工中可能发生的岩爆

3.9 小结

4基于MTS—AE的岩石力学综合实验

4.1概述

4.2实验目的

4.3实验仪器及设备

4.3.1 MTS电液三轴伺服试验系统

4.3.2 SWAES数字化全波形声发射检测仪

4.4实验内容及步骤

4.4.1现场取样

4.4.2试件的加工

4.4.3混合片麻岩的物理力学指标

4.5实验数据分析

4.5.1单向压缩下岩石的变形特征

4.5.2单向压缩下岩石的破坏特征

4.5.3三轴加压卸压下岩石的变形破坏特征

4.5.4结论

4.6试件破碎过程中声发射活动特性的分析

4.6.1声发射技术的基本原理与特点

4.6.2声发射特征规律

4.7小结

5现场围岩多元变形信息综合监测与分析

5.1概述

5.1.1隧道围岩量测与监控的原理

5.1.2隧道围岩量测与监控的目的

5.2巷道围岩量测与监控结果及分析

5.2.1监测方案与设计

5.2.2巷道围岩监测数据分析

5.3小结

6基于三维有限差分FLAC3D的数值计算与分析

6.1概述

6.1.1 FLAC3D数值计算的基本原理

6.1.2 FLAC3D程序可以解决的工程问题

6.2研究内容

6.3数值模型

6.3.1数值计算模型

6.3.2初始平衡

6.4数值计算结果分析

6.4.1四连拱力学特征

6.4.2四连拱施工过程力学特征

6.5结论

7岩爆灾害预测及防治措施

7.1岩爆灾害预测

7.2围岩岩爆防治工程措施建议

8几点建议

致 谢

参考文献

附录 攻读硕士期间发表的论文