洞松水电站引水隧洞软岩大变形机理研究

摘要

软岩大变形是长期困扰软岩隧洞施工的一个难题，高地应力条件下的软岩大变形危害尤其突出。由于软岩变形机理复杂多变，施工中缺乏有效的预防和控制措施，掌握软岩大变形的机理，并有效的预防软岩大变形很具现实意义。
　　本论文以洞松水电站引水隧洞软岩段施工为工程依托，研究软岩大变形机理，并提出应对的预防措施。研究路线是：首先，通过对隧洞软岩大变形段围岩进行试验研究和理论分析，掌握了洞松水电站软岩的岩石力学特性，并结合理论分析计算出毛洞在不同条件下的变形状况；然后，运用数值分析的手段模拟了在不同地质条件下实际隧洞开挖支护后围岩塑性区的范围和围岩位移的规律，并模拟隧洞在开挖过程中围岩变形的时空效，以优化出合理的支护和开挖方案；在第四章提出了将超前地质预报运用于软岩隧洞施工过程之中，建立了一套应对软岩施工常见地质灾害的预测体系。第五章进行现场测试分析，监控围岩和各种支护结构的变形和受力大小；最后综合理论分析、数值模拟和现场监测提出一种确定软岩隧洞在不同地质件下变形富余量的方法。
　　研究发现洞松水电站引水隧洞软岩在力学特征上具有较高的崩解性和显著的流变性，高地应力和软弱围岩的低强度是影响围岩塑性区域与周边位移的主要因素；模拟计算得出对底板进行钢支撑封闭措施和采用约1.5～2D台阶长度的短台阶开挖法能有效的减小围岩塑性区并改善支护结构的受力；综合分析确定出洞松水电站不同地质件下大变形段隧洞变形富余量为10～35cm范围；通过理论和实践证明了地质雷达法超前地质预报能较准确的预测软岩隧洞中可能存在的各种不良地质体，并且有效的预防软岩大变形和塌方事故的发生。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外隧道软岩大变形研究现状

1.2.1 国外软岩的理论研究

1.2.2 国内软岩的理论研究

1.2.3 国内外隧洞软岩大变形工程调研

1.2.4 研究内容

1.2.5 研究方法

1.2.6 研究目标

1.3 依托工程背景

1.3.1 工程概况

1.3.2 施工中遇到的软岩大变形问题

第2章 洞松水电站引水隧洞软岩变形规律研究

2.1 软岩工程力学特性

2.1.1 洞松水电站引水隧洞软岩特性

2.1.2 围压对岩石力学性质的影响

2.1.3 卸围压下岩石力学性质

2.1.4 地下水对岩石力学性质的影响

2.2 软岩隧洞开挖后变形的理论分析

2.2.1 围岩应力状态和变形分布的理论分析

2.2.2 软岩变性塑性半径和周边位移的解析解

2.2.3 基于理论分析的软岩隧洞变形富裕量估算

第3章 隧洞施工软岩大变形数值模拟

3.1 隧洞软岩变形规律的二维分析

3.1.1 计算参数和模型的建立

3.1.2 毛洞塑性区的计算

3.1.3 埋深对隧洞围岩变形的影响

3.1.4 侧压力系数对隧洞围岩变形的影响

3.1.5 围岩强度对隧洞变形的影响

3.1.6 钢支撑的封闭作用

3.2 隧洞软岩开挖与支护的三维分析

3.2.1 计算模型建立和施工步骤模拟

3.2.2 围岩变形时空效应计算分析

3.2.3 不同开挖方法对围岩变形的影响

3.2.4 台阶开挖进尺对围岩变形的影响

第4章 超前地质预报技术在软岩施工中的应用

4.1 超前地质预报在复杂软岩地区施工的必要性

4.2 地质雷达超前地质预报的技术原理

4.2.1 地质雷达的理论基础

4.2.2 雷达方程式

4.2.3 雷达电磁波在地下的传播

4.2.4 电磁波遇到不同结构面的发射

4.2.5 地质雷达的分辨率

4.2.6 表面地质雷达探测的特点

4.3 超前地质预报在洞松水电站引水隧洞软岩段施工中的应用

4.3.1 地质雷达探测实施方案

4.3.2 地质雷达探测成果分析

4.3.3 软岩隧洞中超前地质预报灾害预测体系

第5章 围岩变形和支护结构受力现场试验研究

5.1 现场试验的目的

5.2 试验项目及方法

5.3 现场监测结果及分析

5.3.1 二次衬砌应变监测

5.3.2 二次衬砌钢筋应力监测

5.3.3 钢拱架应力监测

5.3.4 围岩与初期支护之间压力监测

5.3.5 锚杆受力监测

5.3.6 净空收敛观测

5.42号支洞处主洞变形富余量的确定

5.5 监测结果对比分析

结 论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果