艰险山区裂隙岩体隧道围岩稳定性及灾害控制研究

摘要

随着我国高速铁路建设的不断推进，长大深埋隧道建设的数量越来越多，地形条件更加艰险，隧道穿越的工程水文地质条件更为复杂。本文以深埋裂隙岩体隧道为研究主体，着重研究了层状、碎裂状软岩受施工扰动后的力学行为特征，在对隧址区所处的原始应力场进行反演分析研究的基础上，对整个隧址区隧道开挖过程中的岩爆发生概率及其烈度进行了总体预测，同时研究了整个隧道区域的宏观渗流场分布和裂隙岩体隧道渗流场特征。主要研究成果如下:
　　1.对层状、碎裂状软岩隧道开挖后软弱围岩变形进行研究，通过离散元软件模拟分析，揭示出层状、碎裂状等不同地质结构围岩在不同节理倾角、间距情况下受施工扰动后的力学行为特征。包括围岩动态变形特性、支护结构动态受力特征。
　　2.根据隧址区现场地应力实测数据，运用有限元回归分析，反演得到隧址区初始地应力场，并建立隧址区全线三维初始应力场。为下一步裂隙硬岩岩爆预测打下基础。
　　3.对隧址区典型区段在高地应力条件下裂隙硬岩隧道开挖过程中的岩爆发生概率及其烈度进行总体预测，并依据预测的岩爆烈度等级提出相应的安全控制措施。
　　4.研究了整个裂隙岩体隧道区域的宏观渗流场分布，得到区域隧道在开挖前和隧道施工完成后的地下水渗流场及其分布规律。同时得到地下水在不同节理情况下的裂隙岩体中渗流特性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 层状、碎裂状软岩隧道围岩稳定性研究现状

1．2．2 裂隙硬岩灾害控制研究现状

1．3 本文研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法及技术路线

第2章 裂隙岩体隧道围岩稳定性影响因素及灾害发生机理

2．1 问题的提出

2．2 裂隙岩体隧道围岩稳定性主要影响因素

2．2．1 结构面的影响

2．2．2 地下水的影响

2．3 岩爆发生机理

2．3．1 岩爆产生条件

2．3．2 强度理论

2．3．3 能量理论

2．3．4 倾向理论

2．4 岩爆发生的判据

2．5 本章小结

第3章 层状、碎裂状隧道围岩稳定性研究

3．1 问题的提出

3．2 工程背景

3．2．1 地形地貌及地层岩性

3．2．2 地质构造特征

3．3 计算模型的建立

3．4 不同计算条件下围岩变形及应力分布

3．4．1 洞周沉降

3．4．2 第一主应力分析

3．4．3 第二主应力分析

3．4．4 切向应力分析

3．4．5 塑性区分析

3．5 支护结构受力特征分析

3．5．1 计算模型及参数

3．5．2 衬砌结构受力分析

3．6 本章小结

第4章 裂隙硬岩隧道岩爆预测及安全控制研究

4．1 问题的提出

4．2 北武夷山隧道初始应力场有限元回归分析

4．2．1 工程区现场地应力实测

4．2．2 初始应力场回归分析计算方案的确定

4．2．3 计算模型的建立及参数的选取

4．2．4 隧道线路方向的初始应力场的建立

4．3 岩爆预测及分析

4．3．1 可能发生岩爆区段初步预测

4．3．2 岩爆区段预测及具体分析

4．3．3 岩爆区段预测分析小结

4．4 北武夷山隧道岩爆预防措施

4．5 本章小结

第5章 裂隙岩体隧道渗流场分布及特性

5．1 问题的提出

5．2 北武夷山隧道区域渗流场数值分析

5．2．1 计算模型的建立

5．2．2 自然条件下的区域渗流场分析

5．2．3 隧道开挖至DK531+960里程区域渗流场分析

5．2．3 隧道贯通后区域渗流场分析

5．3 隧道在不同节理间距及倾角条件下渗流场分布情况

5．3．1 计算结果分析

5．4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间从事的科研项目