铁路隧道围岩变形机理与分级方法研究

摘要

围岩等级是围岩稳定性的综合反映，也是隧道设计和施工的重要依据。目前，针对围岩稳定性评价多以自稳跨度为指标，围岩分级方法也是在自稳跨度的基础上建立的。我国幅员辽阔，地质多样，构造类型不同，围岩的变形机理及失稳模式也不同，以自稳跨度为基础的围岩稳定性评价方法虽能够在一定范围内反映出围岩的稳定性，但尚不全面。围岩稳定性评价应以围岩构造类型为基础，针对不同围岩，建立多因素的稳定性评价方法。围岩分级是在围岩稳定性评价的基础上建立的，目前我国铁路隧道围岩分级方法将围岩划分为六个等级，大量资料显示，六级分档明显偏少，对此，在围岩稳定性划分的基础上应进一步开展围岩分级方法的研究。围岩分级指标主要包括坚硬程度和完整程度，跨度对围岩变形具有重要影响，目前的分级方式则忽略了这一因素，同时施工现场对围岩分级指标的获得方式较为复杂，因此，围岩分级如何考虑跨度及如何快速获得围岩分级指标的研究显得尤为必要。
　　本文采用了理论分析、资料调研、数值分析等多种方法，对围岩变形机理及失稳模式，围岩稳定性评价及围岩分级方法，跨度对围岩分级修正方法，围岩分级指标快速获取方法进行了研究，主要得到了以下结论:
　　1、明确了不同构造类型的围岩变形机理及失稳模式:在既有围岩种类的基础上，增加了特殊围岩，并给出了特殊性围岩的类型，完善了围岩分类;基于围岩构造类型，明确了围岩变形机理及失稳模式，将围岩失稳模式归纳为:局部崩塌、拱形崩塌、变形过度三类;通过岩性与完整程度组合，得到了各级围岩的变形失稳模式，为围岩稳定性评价奠定了基础。
　　2、提出了围岩稳定性评价及围岩分级方法:基于围岩变形失稳模式，确定了三种围岩稳定性评价方法:自稳跨度、允许位移、允许支护力;在总结围岩稳定性自稳跨度研究的基础上，建立以构造类型为基础，包含特殊围岩的围岩定性分级方法，并提出了以弹性波速为基础的围岩定量分级方法;对围岩允许位移及允许支护力进行了研究，得到了围岩分级与允许位移、允许支护力的关系，以此建立了以允许位移、允许支护力为基础的围岩稳定性判别方法。
　　3、建立了以跨度为基础的围岩分级修正方法:分析得到了不同坚硬程度、完整程度的围岩变形随着跨度变化而改变的影响规律;在围岩变形的基础上，提出了基于跨度的围岩分级修正方法。
　　4、丰富了围岩分级指标的快速获取方法:给出了基于回弹仪测试围岩坚硬程度方法的适应性及回弹值与围岩坚硬程度的对应关系;得到了基于数码成像的围岩结构面发育程度获取方法的适应性。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景及选题意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 围岩变形机理及失稳模式研究现状

1．2．2 围岩稳定性评价方法及分级研究现状

1．2．3 研究中存在的问题

1．3 论文的主要研究内容和技术路线

第2章 不同构造类型的围岩变形机理及失稳模式研究

2．1．1 围岩地质特性现场调研

2．1．2 围岩岩性分类

2．1．3 围岩岩体结构分类

2．1．4 围岩坚硬程度分类

2．1．5 围岩完整程度分类

2．2 围岩变形机理分析

2．2．1 整体块状结构围岩变形机理

2．2．2 块状结构围岩变形机理

2．2．3 层状结构围岩变形机理

2．2．4 碎裂结构围岩变形机理

2．2．5 散体结构围岩变形机理

2．2．6 特殊围岩变形机理

2．2．7 各类围岩变形机理

2．3 围岩失稳模式分析

2．3．1 块状结构围岩失稳模式

2．3．2 层状结构围岩失稳模式

2．3．3 碎裂结构围岩失稳模式

2．3．4 散体结构围岩失稳模式

2．3．5 特殊地质围岩失稳模式

2．3．6 各类围岩失稳模式

2．4 本章小结

第3章 围岩稳定性评价及围岩分级方法研究

3．1 围岩稳定性评价方法

3．2 基于自稳跨度的围岩稳定性评价及分级方法

3．2．1 基于自稳跨度的围岩稳定性评价

3．2．2 铁路隧道围岩定性分级方法

3．2．3 基于弹性波速的围岩定量分级方法

3．2．4 围岩分级方法现场验证

3．3 围岩稳定性允许位移判别方法研究

3．3．1 围岩允许位移现场样本分析

3．3．2 围岩允许位移规范调研分析

3．4 围岩稳定性允许支护力判定方法研究

3．4．1 由允许位移推求的允许支护力

3．4．2 实测接触压力统计分析

3．4．3 各级围岩允许支护力

3．4．4 现场支护参数检算

3．5 本章小结

第4章 跨度对围岩分级方法修正

4．1 隧道跨度对拱顶沉降影响规律

4．1．1 结构面间距对拱顶沉降影响随跨度变化规律

4．1．2 结构面结合程度对拱顶沉降影响随跨度变化规律

4．2 基于现场实测的跨度对相对拱顶沉降影响分析

4．2．2 Ⅳ级围岩相对拱顶沉降分布

4．2．3 Ⅴ级围岩相对拱顶沉降分布

4．2．4 跨度对拱顶沉降的影响

4．3 隧道跨度对于围岩分级的修正

4．3．1 跨度修正系数数值计算‘

4．3．2 基于跨度的围岩等级修正方法

4．4 本章小结

第5章 围岩分级指标快速获取方法

5．1 基于回弹仪的坚硬程度快速获取方法

5．1．1 回弹仪的工作原理

5．1．2 回弹仪的测试方法及应用

5．1．3 回弹值与围岩坚硬程度关系研究

5．2 基于数码成像的围岩结构面发育程度参数获取方法

5．2．1 数码摄像技术获取围岩结构面发育程度参数的基本原理

5．2．2 获取围岩结构面发育程度参数数码摄像技术实现

5．2．3 数码摄像技术获取围岩结构面发育程度参数软件适用性分析

5．3 本章小结

结论与展望

致谢

攻读博士学位期间发表论文及参加科研情况

参考文献