岩溶隧道围岩稳定性及施工力学行为分析

论文摘要

岩溶作为非常典型的复杂地质情况之一,对隧道的建设造成相当大的威胁。由于岩溶洞穴的存在,隧道围岩恶化,稳定性降低,极可能导致隧道基底、洞壁失稳坍塌,严重的还会引发涌砂、涌水、突泥等次生灾害。因此,岩溶隧道围岩稳定性评价和施工力学行为分析具有重要的理论研究意义和工程实用价值。本文以纳黔高速公路叙岭关隧道工程为背景,分析总结出隧址区岩溶发育规律和特点:以竖向圆柱体管状形态发育为主,直径以6～8m居多,大多无充填物,以点滴和淋滴状出水为主。结合工程现场围岩情况及地质条件,有针对性地提取了岩溶特性、岩石力学特征、岩体结构特性三大类二级指标及十四类一级指标,运用模糊理论建立模糊综合评判模型,对围岩稳定性进行评价,评价结果与实际情况比较符合。根据隧道岩溶发育的特点,建立无溶管、垂直溶管与隧道正交、垂直溶管与隧道侧交、水平溶管与隧道正交四种三维有限元模型,模拟岩溶隧道的施工过程,研究各指定断面的拱顶、拱肩、拱腰、拱脚、拱底处的位移、应力、塑性应变区等指标的变化,分析不同情况下溶管对隧道围岩稳定性的影响,得出岩溶隧道施工力学行为特征。依据工程中实际溶管的处治方案,对溶管处治前后围岩应力、位移特征进行对比分析,分析结果表明:溶管处治使隧道拱顶位移、拱底位移、拱脚主应力P3、拱脚剪应力明显减小,但侧边墙位移、拱顶主应力P3及塑性应变区有增大变化。因此,在岩溶处治措施中,应对隧道侧边墙、拱顶处加强支护,以达到更好处治效果,确保围岩稳定和工程安全。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 选题依据及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 岩溶发育规律及特点
• 1.2.2 岩溶对隧道的影响研究
• 1.2.3 隧道围岩稳定性研究
• 1.2.4 岩溶隧道处治技术研究
• 1.3 本文研究的主要内容及技术路线
• 1.3.1 主要内容
• 1.3.2 技术路线
• 2 隧道工程概况
• 2.1 隧道设计简介
• 2.2 隧址区工程地质条件
• 2.2.1 地形地貌
• 2.2.2 气象
• 2.2.3 水文地质
• 2.2.4 地层岩性
• 2.2.5 地质构造
• 2.2.6 岩溶
• 2.3 本章小结
• 3 岩溶隧道围岩稳定性评判
• 3.1 模糊综合评判概述
• 3.1.1 评判步骤
• 3.1.2 评价指标的处理
• 3.2 围岩稳定性模糊综合评判模型的建立
• 3.2.1 确定因素集
• 3.2.2 确定评判集
• 3.2.3 隶属函数的确定
• 3.2.4 权重的确定
• 3.3 叙岭关隧道围岩稳定性模糊综合评判
• 3.3.1 一级模糊综合评判
• 3.3.2 二级模糊综合评判
• 3.3.3 评判结果分析
• 3.4 本章小结
• 4 岩溶隧道施工力学分析
• 4.1 有限元简介
• 4.1.1 有限元的原理与特点
• 4.1.2 有限元本构模型
• 4.1.3 有限元的求解过程
• 4.2 岩溶隧道有限元模型的建立
• 4.2.1 建立模型
• 4.2.2 参数选取
• 4.2.3 开挖方案
• 4.3 溶管对隧道围岩影响分析
• 4.3.1 围岩位移特征
• 4.3.2 围岩第三主应力特征
• 4.3.3 围岩第一主应力特征
• 4.3.4 围岩剪应力特征
• 4.3.5 塑性区特征
• 4.4 本章小结
• 5 溶管处治效果分析
• 5.1 岩溶病害处治措施概述
• 5.1.1 处治原则及方法
• 5.1.2 处治技术
• 5.2 叙岭关隧道溶管处治方案
• 5.3 溶管处治模拟分析
• 5.3.1 计算参数的选取
• 5.3.2 开挖方案及计算过程
• 5.3.3 溶管处治后围岩位移、应力特征
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 主要研究结论
• 6.2 存在问题及展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录