雅泸高速大相岭泥巴山隧道围岩大变形研究

摘要

对隧道在修建和运营过程中可能遇到的各种地质灾害——特别是围岩大变形进行研究，对于整个建设工程项目的顺利实施具有非常重要的意义。本文以雅安至泸沽高速公路穿越的大相岭泥巴山隧道为研究对象，运用工程地质、岩体力学、数值模拟等理论和方法，研究了深埋长大隧道发生围岩大变形的机理及其稳定性，得到了以下几点认识，并提出了治理围岩大变形的支护方案。 岩体结构和岩石物理力学特性是影响围岩大变形的主要因素。隧址区位于龙门山断裂、鲜水河断裂和康滇南北向构造带所构成的“Y”字形构造交界处，受多期次地质构造影响，断层及结构面发育。隧道穿过的几条规模较大的断层绝大多数岩体成碎裂状，隐含裂隙发育，局部呈网状，造成岩体整体完整程度低。隧址区岩石主要是流纹岩和安山岩，由于柱状节理和似层面等原生弱面较为发育，致使围岩岩体力学性能减弱，根据室内岩石力学试验，处于断层破碎带的岩体单轴抗压强度较低。位于安山岩和流纹岩接触界面处的灰凝岩属于软岩。埋深较大的断层破碎带附近的断层泥及灰凝岩，当开挖卸荷后，极易发生大变形。 高地应力是围岩产生大变形的另一重要因素。通过钻孔水压致裂法测试，隧道轴线附近的自重应力和水平构造应力均较高。利用FLAC3D软件，结合钻孔实测地应力，采用多元回归方法，对隧址区地应力反演分析。反演结果表明隧址区地应力属于高地应力状态，与实测和理论分析结果基本相符，隧道轴线附近的最大主应力在30MPa～53MPa之间，方向为N50°～60°W，与隧道轴线夹角约为78°，呈大角度关系，对隧道围岩稳定性不利。 在总结围岩大变形机理的基础上，得出该隧道围岩可能发生的大变形将主要分布在断层破碎带的V级围岩及部分IV级围岩区，其类型主要属于岩体结构控制型，变形机制有结构性流变、累进松脱扩展。 本文利用岩体力学理论和FLAC3D软件，分别计算出的隧道各断面的竖向变形量，结果表明，发生大变形的区段基本上都处于地应力较高且围岩级别为V级的断层及其影响带；但数值模拟结果较理论计算结果小。 最后，综合理论计算结果和数值模拟分析结果，参考总结前人对大变形治理的研究成果，采用喷锚支护的方法，改变围岩应力状态，提高围岩强度，防治隧道围岩产生大变形破坏；通过FLAC3D软件建模分析，有支护措施与无支护措施的数值计算结果相比，有支护措施时隧道顶部变形降低幅度达到53．4％。由此表明，对于泥巴山隧道的围岩大变形，采用喷锚支护措施进行治理，具有显著效果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章前言

1.1隧道围岩大变形的研究意义

1.2围岩大变形研究现状

1.3课题背景

1.4课题研究内容

1.5采取的研究思路与技术路线

1.5.1研究思路

1.5.2技术路线

第2章隧址区岩体结构特征及岩石力学特性

2.1隧址区区域构造背景

2.1.1区域地层

2.2区域构造

2.3近隧址区构造特征

2.3.1近隧址区主要构造

2.3.2近隧址区主体构造——大相岭背斜的构造形式

2.3.3隧址区构造结构面特征

2.4隧址区岩石物理力学特性研究

2.4.1岩石单轴压缩变形特性

2.4.2岩石常规三轴压缩变形特性

2.4.3岩石卸围压三轴压缩变形特性

2.4.4岩石变形及强度

2.5本章小结

第3章隧址区地应力场特征分析

3.1地应力场数值反演分析

3.1.1概述

3.1.2岩体天然地应力的构成

3.1.3隧址区地应力场反演分析方法与思路

3.2隧址区地应力场数值分析反演模型

3.2.1模型的建立

3.2.2岩体物理力学参数

3.3隧址区地应力场边界条件数值反演

3.3.1多元回归方法的数学原理概述

3.3.2回归结果误差分析

3.3.3模型边界条件

3.4隧址区地应力场反演结果及分析

3.4.1应力边界条件反演分析结果

3.4.2反演计算结果与实测资料对比分析

3.4.3隧址区地应力场整体特征及分析

3.5本章小结

第4章隧道围岩大变形的理论分析

4.1隧道围岩大变形概况

4.2隧道围岩大变形的类型研究

4.2.1围岩岩性控制型

4.2.2岩体结构控制型

4.2.3人工采掘扰动控制型

4.3隧道围岩大变形形成演化机制

4.4围岩大变形的判别标准开

4.5围岩大变形理论预测分析

4.2.1计算模型及原理概述

4.2.2理论预测结果及分析

4.4本章小结

第5章隧道围岩大变形数值计算分析

5.1概述

5.2 FLAC3D基本原理

5.3围岩大变形数值计算预测分析

5.3.1围岩大变形弹塑性数值分析及预测

5.3.2软弱破碎带围岩的掘进过程变形特征分析

5.4隧道围岩大变形程度综合预测分析

第6章隧道围岩大变形防治研究

6.1概述

6.2常用控制围岩大变形的措施

6.3锚喷支护原理

6.4锚喷支护的数值分析

6.5本章小结

结 论

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文