大瑞铁路罗家村隧道地质环境与工程稳定性研究

论文摘要

地质环境为隧道工程的自然载体,其地质构造、岩土介质、地应力和水文地质等因素不仅控制着工程地质灾害的规模、频率与发育特征,而且直接影响隧址区的地面稳定性、深部稳定性、山体稳定性和围岩稳定性。因此,为了确保隧道工程的稳定,保障工程安全施工,必须就地质环境问题,开展系统而深入的研究。本文以在建的复杂滇西山区大瑞铁路罗家村隧道工程为依托,采用现场工程地质调查、现场监测和地质探测、理论分析和数值计算等方法,全面、系统地研究了罗家村隧址区的地质断裂、节理分布和工程特征,通过地质分析建立了数值计算模型,模拟计算了隧道进口段在开挖条件下对坡体稳定性的影响,探讨了隧道山体开裂的成因,并针对其地质环境的特殊性制定施工方案确保工程稳定安全。论文的主要研究成果如下：1.采用节理测线法调查罗家村隧道围岩节理发育特征,统计分析结果表明隧道围岩发育走向NW倾向SW230°,走向NE倾向NW310°及走向NE倾向SE130°的三组优势节理面,其中NW向节理发育极为密集,对隧道围岩危害最大。且无论是从小的尺度范围,还是从大的尺度范围,各组节理面分布都表现出一定程度的等距性和韵律性。2.通过大量的现场试验和工程实践,得到三维地震波追踪技术探测不同力学机制断层破碎带的经验图谱,提出了三维地震波追踪探测断层破碎带性质的判别准则,在此基础上建立了定量预测围岩质量分级的方法。并配合地质调查,超前水平钻探及红外探水的综合探测方法分析隧道地质环境,研究表明隧址区地质环境极为复杂,断裂构造纵横交错。探测结果与实际开挖情况基本一致,结论准确,可靠度较高。3.采用有限元强度折减法建立计算模型对隧道施工过程中坡体抗滑稳定状态进行动态模拟,得到的坡体抗滑稳定安全系数的变化曲线表明隧道开挖对坡体稳定性影响较大,在隧道开挖进尺20-45m区段影响最为明显。隧道安全穿越进口段坡体,不会导致坡体的滑移破坏。4.隧道山体开裂成因综合分析表明泥岩特殊的工程地质性质为山体开裂提供了物质基础；发育复杂的断裂构造在岩体内形成的纵横交切的软弱结构面是山体开裂的先决条件；隧址区单斜构造形成的高差和坡度,为山体开裂提供了足够大的重力势能和载体；而横向沟谷的深度切割为岩体开裂提供了空间和临空面。在隧道工程开挖触发条件下,岩体在自重应力、卸荷作用下,应力释放,而后岩层应力重新调整,产生沉降和倾向沟谷的倾倒拉裂,而裂隙与岩体中极为发育的节理完全贯通,则最终导致山体横向和纵向的开裂。5.监测了隧道拱顶沉降和洞周收敛,并分析了监测数据,结果表明依据特殊地质环境条件设计的施工方案合理,隧道工程结构稳定。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的意义与目的
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 区域地质环境研究现状
• 1.2.2 隧址区地质环境的研究现状
• 1.2.3 隧道地质灾害超前预报研究进展
• 1.2.4 隧道工程稳定性的研究现状
• 1.3 论文研究内容
• 第二章 罗家村隧道工程地质概况
• 2.1 地形地貌概况
• 2.2 地层概况
• 2.3 气象与水文地质概况
• 2.4 罗家村隧址区地质灾害现状
• 第三章 罗家村隧址区地质环境背景研究
• 3.1 区域地质环境背景研究
• 3.1.1 滇西北地区大地构造单元
• 3.1.2 滇西北地区地质构造框架
• 3.1.3 区域第四纪活动构造的发展
• 3.2 隧址区地质构造环境研究
• 3.2.1 通甸-巍山断裂带特征
• 3.2.2 大合江断裂特征
• 3.3 隧道围岩介质环境研究
• 3.3.1 泥岩工程性质
• 3.3.2 风化泥岩工程性质
• 3.4 隧址区地下水环境研究
• 3.4.1 松散岩土孔隙水
• 3.4.2 基岩裂隙水
• 3.5 地应力研究
• 3.5.1 地应力测量
• 3.5.2 地应力场数值模拟
• 3.6 本章小结
• 第四章 罗家村隧道围岩裂隙特征研究
• 4.1 工程地质调查
• 4.1.1 地表工程地质调查
• 4.1.2 隧道内工程地质调查
• 4.2 罗家村隧道围岩裂隙分类描述
• 4.2.1 构造裂隙
• 4.2.2 成岩裂隙
• 4.2.3 卸荷裂隙
• 4.3 罗家村隧道围岩节理发育特征研究
• 4.3.1 节理测线法取样
• 4.3.2 优势节理构造
• 4.3.3 节理发育规律性
• 4.3.4 破裂构造对隧道工程的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 罗家村隧道地质环境探测研究
• 5.1 超前水平钻孔法
• 5.1.1 钻探程序
• 5.1.2 控制钻进方向
• 5.1.3 孔位孔数布置
• 5.1.4 钻探结果分析
• 5.2 红外辐射测温法
• 5.2.1 红外辐射测温探水的基本原理
• 5.2.2 基本判据
• 5.2.3 掘进掌子面超前探水的测点布置
• 5.2.4 测试结果分析
• 5.3 三维地震波追踪技术
• 5.3.1 三维地震波追踪技术的工作原理
• 5.3.2 工作仪器和方法
• 5.3.3 断层破碎带三维地震波探测成果地质解译分析
• 5.3.4 基于三维地震波追踪技术预测围岩质量分级
• 5.3.5 现场探测分析
• 5.3.6 探测结论分析
• 5.4 开挖结果验证及全隧洞地质环境分析
• 5.4.1 全隧洞地质环境分析
• 5.4.2 隧道地质环境探测效果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 罗家村隧道山体开裂成因研究
• 6.1 区域稳定性分析
• 6.2 隧道山体开裂特征分析
• 6.3 坡体天然状态下的稳定性分析
• 6.4 隧道开挖对坡体稳定性的影响分析
• 6.5 山体开裂成因的地质分析
• 6.6 本章小结
• 第七章 隧道工程围岩稳定性研究
• 7.1 基于块体理论的隧道围岩稳定性分析
• 7.1.1 块体理论基本原理
• 7.1.2 围岩稳定性分析
• 7.2 隧道施工方案的选择
• 7.2.1 工程加固技术探讨
• 7.2.2 山体开裂段的加固方案研究
• 7.2.3 破碎带施工方案研究
• 7.2.4 隧道防水设计
• 7.3 隧道开挖数值模拟
• 7.3.1 计算基本假定
• 7.3.2 计算模型
• 7.3.3 开挖方法及计算参数选取
• 7.3.4 计算结果分析
• 7.4 隧道收敛变形监测
• 7.4.1 变形监测的目的
• 7.4.2 现场监测方案
• 7.4.3 隧道典型断面监测成果分析
• 7.5 本章小结
• 第八章 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集