浅埋偏压小净距隧道洞口边仰坡稳定性研究

论文摘要

随着我国西部大开发战略的深入实施,在高等级公路的隧道工程施工过程中,由于隧道洞口地形复杂、围岩软弱破碎、施工难度大及工程开挖等因素影响,在浅埋偏压小净距隧道施工过程中极易引发隧道边坡失稳,而隧道进出口边坡的稳定性与否则常常成为隧道工程建设能否顺利进行的重要问题之一。本文以山西省忻保高速公路钻钱门隧道为工程背景,通过理论分析、现场监测、数值模拟等方法,研究和探讨了浅埋偏压小净距隧道施工过程中洞口边坡的稳定性状况,具体研究工作和成果如下:①详细探讨了隧道洞口边坡稳定性受影响的内外在因素;总结了边坡的破坏机理及破坏基本模式。分析归纳了隧道洞口段边坡破坏机理和破坏模式。②通过对钻钱门隧道监控量测成果的分析,总结了浅埋偏压隧道施工时洞口边坡稳定性的变化规律,并分析了实际工程中的灾害现象。③针对特定围岩条件下的浅埋偏压小净距隧道洞口段边坡,利用有限元软件对不同开挖方式、不同洞口埋深、不同边坡坡度的浅埋偏压隧道进行施工数值模拟,得出边坡围岩应力和位移变化规律,并计算出各状态下洞口边坡的稳定性安全系数,对边坡稳定性进行综合评价。④通过对钻钱门隧道洞口边坡进行三维动态施工数值模拟,较深入地分析了隧道边坡的位移和围岩力学特性。对选取的隧道边坡控制点的位移与施工步骤的关系曲线进行了深入的分析,得到隧道各阶段开挖对洞口边坡稳定性的影响程度。通过计算出洞口边坡安全系数,并分析隧道开挖支护后边坡塑性区的分布特征,对钻钱门隧道的稳定性给出了定量的判断。⑤结合钻钱门隧道现场监测和三维数值模拟的分析成果,对比实际工程边坡大变形灾害和模拟的变形特征,综合分析边坡灾害的发生机理。为类似浅埋偏压小净距隧道洞口边坡稳定性评价和灾害防治提供一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出及研究意义
• 1.2 边坡稳定性研究现状
• 1.2.1 边坡稳定性发展动态
• 1.2.2 边坡稳定性分析方法
• 1.2.3 隧道洞口边坡稳定性的研究现状
• 1.3 本文主要研究内容及技术路线
• 1.3.1 本文主要研究内容
• 1.3.2 本文研究技术路线
• 2 隧道洞口边坡破坏机理与破坏模式研究
• 2.1 影响隧道洞口边坡稳定性的内在因素
• 2.1.1 地形地貌的影响
• 2.1.2 岩体结构面的影响
• 2.2 影响隧道洞口边坡稳定性的外在因素
• 2.2.1 工程施工的影响
• 2.2.2 地震应力的影响
• 2.2.3 水的影响
• 2.2.4 气候的影响
• 2.2.5 植被的影响
• 2.2.6 时间的影响
• 2.3 边坡破坏模式
• 2.3.1 边坡破坏机理
• 2.3.2 边坡破坏基本模式
• 2.4 隧道洞口边坡破坏机理
• 2.5 隧道洞口边坡破坏模式
• 2.6 本章小结
• 3 钻钱门隧道边坡监测成果及施工灾害分析
• 3.1 钻钱门隧道概况
• 3.1.1 工程概况
• 3.1.2 地层岩性
• 3.1.3 水文地质条件
• 3.1.4 洞口段边坡实际情况介绍
• 3.2 钻钱门隧道边坡监控量测及其成果分析
• 3.2.1 隧道边坡监测技术研究现状
• 3.2.2 隧道监控量测技术
• 3.2.3 隧道边坡监测意义和依据
• 3.2.4 钻钱门隧道洞口段监测成果分析
• 3.3 钻钱门隧道施工期间边坡失稳破坏分析
• 3.3.1 掌子面坍塌
• 3.3.2 初期支护开裂
• 3.3.3 洞口处边坡开裂现象
• 3.4 本章小结
• 4 浅埋偏压小净距隧道洞口边坡稳定性影响因素研究
• 4.1 有限元强度折减法基本原理
• 4.1.1 有限元基本思想及MIDAS/GTS 简介
• 4.1.2 屈服准则
• 4.1.3 强度折减法的基本原理
• 4.1.4 破坏状态的判别准则
• 4.2 有限元数值模型的建立
• 4.2.1 数值分析基本假定
• 4.2.2 模型参数的选取
• 4.2.3 模型荷载及边界条件
• 4.2.4 数值模型分析
• 4.2.5 数据控制断面选取
• 4.3 不同开挖方式时边坡稳定性分析
• 4.3.1 四种工法施工步序
• 4.3.2 围岩应力分析
• 4.3.3 位移变化特征
• 4.3.4 边坡稳定性评价
• 4.4 洞口埋深变化时边坡稳定性分析
• 4.4.1 围岩应力分析
• 4.4.2 位移变化特征
• 4.4.3 边坡稳定性评价
• 4.5 边坡坡率变化时边坡稳定性分析
• 4.5.1 围岩应力分析
• 4.5.2 位移变化特征
• 4.5.3 边坡稳定性评价
• 4.6 本章小结
• 5 钻钱门隧道洞口边坡三维数值模拟与稳定性评价
• 5.1 钻钱门隧道设计参数与施工方法
• 5.1.1 隧道设计参数
• 5.1.2 隧道施工方法
• 5.2 三维数值模型的建立
• 5.2.1 隧道边界条件的选取
• 5.2.2 隧道荷载的选取
• 5.2.3 模型参数的选取
• 5.2.4 模型数值分析过程
• 5.3 三维数值模拟计算结果分析
• 5.3.1 自然状态应力特征
• 5.3.2 开挖状态应力特征
• 5.3.3 自然状态位移特征
• 5.3.4 开挖状态位移特征
• 5.4 边坡稳定性综合评价
• 5.4.1 边坡稳定性评价
• 5.4.2 边坡失稳原因综合分析
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 本文结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• B.作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目