桃树垭软弱围岩隧道底鼓机理及控制技术研究

论文摘要

随着我国公路隧道工程的迅速发展,其长大、深埋的特点日趋明显,由于线路以及空间的限制,在软弱破碎岩体中修建的隧道越来越多,在修建隧道的过程中,底鼓现象时有发生。本文结合桃树垭隧道实际工程,系统论述了软弱围岩的工程特性及力学属性、软弱围岩隧道底鼓的一般特征与主要影响因素以及底鼓的形式及发展过程等,将隧道底鼓问题简化为平面应变问题考虑,利用FLAC软件进行数值模拟分析,基于Hoek-Brown经验强度准则探讨了几种因素对底鼓变形的影响,最后在分析底鼓机理及数值模拟的基础上提出比较合理的底鼓控制技术。论文的主要内容和取得的成果如下:①系统地阐述了软弱围岩的工程特性及力学属性,分析了软弱围岩隧道底鼓变形的主要影响因素,探讨了隧道底鼓的形式及底鼓过程等;②通过现场调查,分析了桃树垭隧道底鼓变形的主要原因,运用基于地质强度指标GSI（Geological Strength Index）的Hoek-Brown经验强度准则对岩体的力学参数进行估算,利用FLAC数值模拟软件计算了隧道开挖后无支护以及原支护方案下的底鼓量,并分析了隧道围岩塑性区范围、位移和应力分布情况;③通过FLAC软件对不同GSI评分、扰动系数D、侧压力系数下的隧道底鼓变形进行模拟,分析了这些因素对隧道底鼓变形的影响,同时利用敏感性分析方法对Hoek-Brown经验强度准则中的岩石单轴抗压强度σci、地质强度指标GSI、完整岩石常数m i和扰动系数D四个参数的敏感性进行了研究;④在对隧道底鼓机理深入分析和数值模拟的基础上介绍了隧道底鼓控制技术,提出了全断面锚杆支护、全断面注浆与隧道帮、顶锚杆支护、全断面锚注支护三种控制隧道底鼓的方案,并通过数值模拟进一步探讨其支护效果,从而为选取合适的底鼓控制措施提供了依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 软岩性质研究现状
• 1.2.2 底鼓机理研究现状
• 1.2.3 底鼓控制技术研究现状
• 1.3 软弱围岩隧道底鼓研究方法
• 1.4 主要研究内容和研究思路
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 研究思路
• 2 软弱围岩隧道底鼓机理分析
• 2.1 软岩的工程特性和力学属性
• 2.1.1 软岩的概念和分类
• 2.1.2 软岩的工程特性
• 2.1.3 软岩的基本力学属性
• 2.2 软弱围岩隧道底鼓的一般特征
• 2.2.1 隧道底鼓描述
• 2.2.2 隧道底鼓一般特征
• 2.3 隧道底鼓的主要影响因素
• 2.3.1 岩体性质及地质构造
• 2.3.2 地应力
• 2.3.3 岩体力学性质
• 2.3.4 地下水
• 2.3.5 工程因素
• 2.3.6 时间因素
• 2.4 隧道底鼓的形式与过程
• 2.4.1 隧道底鼓的形式
• 2.4.2 隧道底鼓过程
• 2.5 隧道底鼓量
• 2.5.1 弹塑性变形引起的底鼓量
• 2.5.2 扩容引起的底鼓量
• 2.5.3 遇水引起的底鼓量
• 2.5.4 流变引起的底鼓量
• 2.6 本章小结
• 3 桃树垭隧道底鼓变形数值模拟分析
• 3.1 桃树垭隧道工程概况
• 3.1.1 地形地貌
• 3.1.2 地质构造
• 3.1.3 地层岩性
• 3.1.4 水文地质
• 3.1.5 气象与地震
• 3.1.6 不良地质现象
• 3.1.7 围岩分类及其稳定性评价
• 3.2 隧道底鼓变形情况及原因分析
• 3.2.1 原支护方案下底鼓变形情况
• 3.2.2 桃树垭隧道底鼓变形原因分析
• 3.3 隧道底鼓变形数值模拟
• 3.3.1 FLAC 软件介绍
• 3.3.2 模型建立及参数确定
• 3.3.3 模拟结果与分析
• 3.4 本章小结
• 4 基于 Hoek-Brown 准则的隧道底鼓变形影响因素分析
• 4.1 Hoek-Brown经验强度准则
• 4.1.1 Hoek-Brown 强度准则发展及内容
• 4.1.2 Hoek-Brown 强度准则参数的确定
• 4.1.3 等效Mohr-Coulomb 准则参数
• 4.2 GSI 评分与底鼓的关系
• 4.2.1 概述
• 4.2.2 GSI 评分对隧道底鼓变形影响的数值模拟分析
• 4.3 扰动系数与底鼓的关系
• 4.3.1 概述
• 4.3.2 扰动系数D 对隧道底鼓变形影响的数值模拟分析
• 4.4 侧压力系数与底鼓的关系
• 4.4.1 概述
• 4.4.2 侧压力系数对隧道底鼓变形影响的数值模拟分析
• 4.5 Hoek-Brown准则参数敏感性分析
• 4.5.1 概述
• 4.5.2 敏感性分析方法
• 4.5.3 强度准则参数的敏感性分析
• 4.6 本章小结
• 5 隧道底鼓控制技术及其效果分析
• 5.1 底鼓控制方法
• 5.1.1 支护加固法
• 5.1.2 卸压法
• 5.1.3 联合支护法
• 5.2 底鼓控制方案的数值模拟
• 5.2.1 底鼓控制方案
• 5.2.2 底鼓控制效果分析
• 5.3 本章小结
• 6 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录