终南山公路隧道岩爆发生机理研究

论文摘要

岩爆是影响公路隧道安全施工的重要灾害之一,岩爆发生机理研究是影响隧道施工安全的关键技术问题之一。开展高速公路隧道岩爆发生机理研究具有重要的工程应用价值。本文以终南山特长公路隧道工程为依托,以岩爆问题为研究主线,开展了终南山公路隧道岩爆机理、预测方法和防治技术研究。秦岭终南山公路隧道地质条件复杂,岩爆问题是主要灾害。基于秦岭终南山特长公路隧道区域的工程地质条件,论述了有关岩爆基本概念及预测方法的研究成果,讨论了岩爆的力学特性,分析了岩爆岩石的破坏特征和机理,表明在岩爆的形成发生过程中既有张性劈裂破坏,也有剪切破坏,是以劈裂破坏为主的张剪复合型破坏机理。对岩爆的影响因素进行研究的结果表明,引起岩爆的原因非常复杂,与地应力状况、地层岩性、埋深、岩体结构、地下水与开挖断面的大小、形状、开挖方法等诸多因素有关,其中地应力条件和地层岩性是产生岩爆的决定性因素,其他因素的影响也是不可忽视的。通过对研究区地应力、岩性条件、岩体结构、地质构造等方面的分析并结合岩石力学试验研究发现,秦岭终南公路隧道2号通风竖井及风道系统已达到中等～高等地应力条件,满足发生岩爆的地应力条件,在Ⅱ级、Ⅲ级围岩地段施工中可能发生轻微～中等程度岩爆。预测了主要岩爆地段并提出了防治的技术措施。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 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 隧道建设成就及现状
• 1.2.2 在理论研究方面的进展情况
• 1.2.3 岩爆机理的研究进展
• 1.2.4 岩爆测试手段方面的进展
• 1.3 主要研究内容与研究思路
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 研究思路
• 2 岩爆机理及影响因素理论分析
• 2.1 岩爆机理的理论分析
• 2.1.1 岩爆的破坏特征
• 2.1.2 岩爆的动力学特征
• 2.1.3 岩爆的物理力学特征
• 2.1.4 岩爆破坏机理
• 2.2 岩爆影响因素分析
• 2.2.1 地应力
• 2.2.2 岩性
• 2.2.3 埋深
• 2.2.4 岩体结构
• 2.2.5 地下水
• 2.2.6 开挖方式
• 2.3 小结
• 3 研究区工程地质环境条件
• 3.1 地形地貌
• 3.2 地层岩性
• 3.3 地质构造
• 3.3.1 构造应力场及地应力
• 3.3.2 节理裂隙发育特征
• 3.3.3 构造应力场演化
• 3.4 水文地质条件
• 3.5 水系
• 3.6 气象特征
• 3.7 地震基本烈度
• 3.8 施工中可能发生的岩爆
• 3.9 小结
• 4 基于MTS-AE的室内岩石力学实验
• 4.1 概述
• 4.2 实验目的及方法
• 4.3 实验仪器及设备
• 4.3.1 MTS电液三轴伺服试验系统
• 4.3.2 SWAES数字化全波形声发射检测仪
• 4.4 实验内容及步骤
• 4.4.1 现场取样
• 4.4.2 试件的加工
• 4.4.3 混合片麻岩的物理力学指标
• 4.5 实验数据分析
• 4.5.1 单向压缩下岩石的变形特征
• 4.5.2 单向压缩下岩石的破坏特征
• 4.5.3 三轴加压卸压下岩石的变形破坏特征
• 4.6 试件破碎过程中声发射活动特性的分析
• 4.6.1 声发射技术的基本原理与特点
• 4.6.2 声发射特征规律
• 4.7 岩爆预测结果及防治措施
• 4.8 小结
• 5 结语
• 5.1 结论
• 5.2 进一步研究的问题
• 致谢
• 参考文献
• 附录