偏压隧道软弱围岩及其初期支护稳定性研究

论文摘要

随着地下工程建设规模不断扩大,在交通、水电、城乡建设、矿山等诸多领域都涉及到软弱围岩问题,地下工程软弱围岩的稳定性和支护方法已成为地下工程中迫切需要解决的问题。本文结合桃树垭隧道工程概况,系统地阐述了软弱围岩的地质特征及工程特性、软弱围岩隧道破坏的特征及影响因素以及变形力学机制和支护原则等;基于监控量测和数值分析重点研究了围岩与初期支护的相互作用,探讨了不同的围岩强度及初期支护参数对隧道稳定性的影响。论文的主要内容和取得的成果如下:①结合偏压软弱围岩隧道支护破坏的实际案例,系统地阐述了软弱围岩的地质特征及工程特性、软弱围岩隧道破坏的特征及影响因素以及变形力学机制和支护原则;②结合桃树垭隧道的监控量测数据,分析了软弱围岩隧道及初期支护的变形特征和稳定性;③对隧道监控量测结果,采用回归分析进行了趋势预测,获得了围岩变形和初期支护受力的变化趋势,在此基础上对隧道随时间变化的趋势进行了分析;④通过对喷射混凝土、径向锚杆、钢支撑和钢筋网的作用机理进行分析,阐述了围岩与初期支护的相互作用原理,在导出地层特征曲线和喷射混凝土、钢拱架、锚杆支护刚度等公式基础上,探讨了围岩参数、支护刚度(抗力)及初期支护架设时机对围岩变形和受力的影响;⑤通过FLAC软件数值模拟,分析了桃树垭隧道出口段初期支护破坏及围岩失稳的机理,探讨了围岩级别、锚杆纵向间距和节理面角度三种因素对隧道及初期支护稳定性的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 支护理论的研究发展状况
• 1.2.2 支护技术的研究发展状况
• 1.3 主要研究内容和技术路线
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 2 桃树垭隧道工程概况
• 2.1 隧道概况
• 2.2 地质构造及岩性
• 2.3 水文地质
• 2.4 不良地质现象
• 2.5 围岩分类及其稳定性评价
• 3 偏压软弱围岩地质特征及工程特性
• 3.1 偏压隧道的工程特性
• 3.1.1 偏压隧道的定义
• 3.1.2 隧道偏压的影响因素
• 3.2 软弱围岩的特征
• 3.2.1 软弱围岩的定义
• 3.2.2 软弱围岩的变形特性和强度特性
• 3.3 偏压软围岩隧弱道的失稳变形特征
• 3.3.1 偏压软弱围岩隧道变形破坏的一般特征
• 3.3.2 桃树垭隧道初期支护的变形破坏模式
• 3.3.3 影响偏压软弱围岩隧道稳定的因素
• 3.3.4 影响桃树垭隧道稳定的因素
• 3.4 偏压软弱围岩隧道变形力学机制及支护原则
• 3.4.1 变形力学机制
• 3.4.2 支护原则
• 3.4.3 桃树垭隧道开挖支护特点
• 3.5 本章小结
• 4 桃树垭隧道信息化监测及围岩稳定性分析
• 4.1 概述
• 4.2 现场监测方案的设计与实施
• 4.2.1 隧道内目测观察
• 4.2.2 隧道水平收敛位移量测
• 4.2.3 隧道拱顶沉降量测
• 4.2.4 隧道围岩压力量测
• 4.3 现场量测数据的处理与应用
• 4.3.1 数据处理的目的
• 4.3.2 量测数据的散点图和曲线
• 4.3.3 围岩变形-时间关系曲线
• 4.3.4 量测数据的回归分析
• 4.4 量测数据的分析与预测
• 4.4.1 量测结果与分析
• 4.4.2 趋势预测与稳定性分析
• 4.5 本章小结
• 5 偏压隧道软弱围岩与初期支护相互作用机理
• 5.1 概述
• 5.2 初期支护作用机理
• 5.2.1 喷射混凝土的作用机理
• 5.2.2 径向锚杆作用机理
• 5.2.3 钢支撑作用机理
• 5.2.4 钢筋网的作用机理
• 5.3 初期支护与软弱围岩相互作用机理
• 5.3.1 开挖后围岩应力重分布和洞壁变形的发展
• 5.3.2 在不同围岩参数及支护抗力的影响下围岩塑性区的变化
• 5.3.3 初期支护提供的支护抗力
• 5.3.4 隧道围岩与初期支护的相互作用机理
• 5.4 本章小结
• 6 桃树垭隧道围岩与初期支护相互作用的数值模拟
• 6.1 概述
• 6.2 FLAC 简介
• 6.3 桃树垭隧道YK38+410 断面初期支护破坏的FLAC 模拟
• 6.3.1 YK38+410 断面初支破坏的工程实况
• 6.3.2 FLAC 计算模型及参数取值
• 6.3.3 计算结果分析
• 6.4 在复杂围岩条件下不同围岩和初期支护参数对隧道稳定性影响的分析
• 6.4.1 在不同围岩级别下隧道初支及围岩的变形规律
• 6.4.2 在不同的锚杆纵向间距下隧道初支及围岩的变形规律
• 6.4.3 在不同的节理面角度下隧道初支及围岩的变形规律
• 6.5 本章小结
• 7 结论与建议
• 7.1 主要结论
• 7.2 几点建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录