滇中引水工程红层软岩力学特性研究及其隧道围岩分级

摘要

滇中引水工程是民生工程,整个引水线路长252.650km,隧洞占线路总长的86.50％,并且穿越了大量红层软岩地区,区内岩性主要以侏罗系及白垩系的泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩（含泥灰岩）及砂岩等为主。本文通过对滇中引水线路穿越的红层地区所进行的现场勘查和室内试验分析,得出红层软岩的力学特性,并结合区域地质环境和工程地质条件,对红层软岩的隧道围岩进行了初步分级,最后通过数值模拟手段对围岩分级的合理性进行了验证。论文取得的主要成果如下:
　　(1)通过对红层软岩力学性质的研究得出,红层软岩的抗压强度和抗剪强度不高,砂质含量越高的岩石其强度越高,饱水后强度折减20％～30％;而泥质含量越高的岩石其强度相对越低,饱水后强度折减40％～50％;
　　(2)滇中红层软岩具有崩解性和膨胀性,对于同种岩石来说,岩石越完整,耐崩解性越好,反之则越差;对于不同岩性的岩石来说,泥质含量越高的岩石,其耐崩解性越差,反之则越好;岩石的耐崩解性与干湿循环次数没有直接关系;而软岩的膨胀性则与其泥质成分中粘土矿物的含量成正比;
　　(3)通过对红层软岩的流变特性和断裂特性的研究可知:红层软岩在外部荷载较小的情况下就能发生流变,长期强度小,比瞬时强度降低了40％左右;红层软岩的断裂韧度低,各地层软岩的断裂韧度均为0.5MPa·m1/2左右,在外力作用下裂纹极易扩展;
　　(4)结合地质资料和室内试验成果,对红层软岩的隧道围岩按照BQ标准进行了围岩分级,研究区内的围岩等级受岩性和岩体完整性控制明显,基本是Ⅳ级围岩,并对柳家村隧道进行了初步围岩分级。根据分级情况对红层软岩围岩按照不同岩性组合情况和柳家村隧道不稳定围岩进行数值模拟,结果显示力学性质越差的围岩和岩层厚度越薄的围岩其变形越大,这和BQ分级标准相互对应。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 选题依据及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 围岩分类研究现状

1．2．2 围岩稳定性评价的研究现状

1．2．3 软岩分类的研究现状

1．3 技术路线

第二章 区域地质背景以及工程地质条件

2．1 滇中红层的形成背景及其分布

2．1．1 侏罗系红层的分布

2．1．2 滇中红层的分布

2．2 地形地貌特征

2．3 滇中红层地区的岩性

2．4 地质构造

2．5 新构造运动

2．6 研究区域水文地质条件

2．7 岩体的风化情况

第三章 红层软岩的工程地质特性

3．1 红层软岩的组成及基本物理性质

3．1．1 红层软岩成分鉴定

3．2 红层岩体的力学性质特性研究

3．2．1 红层软岩单轴抗压试验

3．2．3 岩石的软化试验

3．2．4 红层软岩的直接剪切试验

3．2．5 红层软岩的三轴压缩试验

3．3 红层软岩的水理性质

3．3．1 软岩的吸水性

3．3．2 软岩的耐崩解性

3．3 小结

3．3．1 岩石的力学性质试验

3．3．2 岩石的水理性质试验

第四章 红层软岩的流变特性及断裂特性

4．1 红层软岩的流变特性

4．1．1 岩石单轴压缩流变试验

4．1．2 岩石的剪切流变试验

4．1．3 岩石的三轴压缩流变试验

4．2 红层软岩的断裂试验

4．3 小结

4．3．1 岩石的流变试验

4．3．2 岩石的断裂试验

第五章 研究区沿线围岩质量评价

5．1 工程地质分段

5．1．1 软岩地层的节理特征

5．1．2 岩体的风化特征

5．1．3 岩体的完整性

5．2 引水隧道围岩分级

5．2．1 评价因子的选取

5．2．2 围岩评价体系的建立

5．2．3 围岩分级

5．3 围岩分级在柳家村隧道中的应用

5．3．1 工程地质分段及围岩分级

5．4 数值模拟

5．4．1 隧道围岩分级的概化模型

5．4．2 柳家村隧道不稳定围岩的数值模拟

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果