穿越古滑坡川主寺隧道主要工程地质问题研究

论文摘要

我国西南地区是滑坡地质灾害广泛发育的地区。山区公路大多依山傍水而行,公路的建设不可避免地遭受到滑坡等工程地质问题。为避免滑坡对公路建设的危害,在实际工程中大多选择隧道、桥梁方式进行避让,但由于在勘察设计前期对地质条件的认识不足,或者是改善公路线型的要求,穿越古滑坡体的隧道工程依然存在。川主寺隧道位于川汶路改建工程里程桩号K1+090～K1+590处,该隧道穿越了一古滑坡体,存在隧道开挖诱发古滑坡局部解体复活以及碎裂围岩和岩溶化破碎围岩等产生诸如开裂、剥落、掉块乃至隧道发生坍塌等主要工程地质问题。对于后续修建于古滑坡的隧道具有重要的施工指导意义。本文以川主寺隧道赋存的工程地质条件为基础,通过隧道施工地质追踪调查及力学分析等方法,研究洞口段开挖诱发古滑坡局部解体复活、碎裂围岩以及岩溶化破碎围岩等变形破坏机理,采用数值模拟方法研究隧道开挖及支护下隧道围岩稳定性,并提出了相应的治理措施,获得如下主要认识:（1）首次提出了川主寺古滑坡,该滑坡堆积于岷江Ⅰ级阶地上,方量约153106m3,属于特大型滑坡,滑坡主要有未充分解体的灰岩及块碎石土组成;古滑坡整体处于稳定状态,隧道修建不会引起滑坡整体复活。（2）川主寺隧道地质条件较差,隧道围岩完整性较差,呈碎裂结构。隧道开挖出现的主要工程地质问题有隧道洞口段古滑坡局部解体复活、碎裂围岩以及岩溶化破碎围岩变形破坏及其稳定性等。（3）隧道出口端古滑坡局部解体复活,复活体方量约5万m3。通过地质及ANSYS数值模拟分析得出复活体变形破坏模式为牵引式。同时也揭示H型钢拱架支护结构有效抑制了复活体的滑动。采用传递系数法计算及位移现场量测分析得出该复活体仍处于欠稳定～不稳定状态,为更有效的防止复活体进一步的滑动,采取了锚索加框架梁对滑坡进行整治。（4）碎裂围岩的变形破坏方式主要为坍塌、掉块以及剥落,其变形破坏机制为以拉、压应力造成的张裂、拉裂破坏及卸荷回弹。采用FLAC3D模拟了隧道开挖后围岩的应力、变形、塑性区的分布和动态变化特征,结果显示碎裂岩体开挖之后自稳能力差,围岩变形包括弹塑性变形、松弛变形甚至会产生一定程度的流变。H型钢拱架支护结构对碎裂围岩稳定性起到积极的作用。（5）隧道岩溶化破碎围岩主要发育在拱顶位置,规模较小,在边墙和拱底位置少量发育,其规模较大,且危害极大;岩溶化破碎围岩的成因主要受围岩岩性、古滑坡滑动对岩体的扰动以及施工爆破作用的影响。采用FLAC3D对残留溶洞数值模拟分析,其结果显示围岩开挖之后自稳能力差,围岩变形包括弹塑性变形、松弛变形甚至会产生一定程度的流变。隧道围岩稳定性状况与溶洞规模的大小呈正比关系。最后采用如注浆、混凝土隔墙嵌补封闭以及“管梁”等整治措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 选题依据及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 滑坡与隧道相互作用研究现状
• 1.2.2 隧道围岩稳定性研究现状
• 1.2.3 隧道洞口边坡稳定性研究现状
• 1.3 研究内容及技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究思路及技术路线
• 第2章 遂址区工程地质背景条件
• 2.1 自然地理
• 2.2 地形地貌
• 2.2.1 区域地貌
• 2.2.2 研究区地形地貌
• 2.3 地层岩性
• 2.4 地质构造
• 2.4.1 区域地质构造
• 2.4.2 研究区地质构造
• 2.5 新构造运动及地震
• 2.5.1 新构造运动
• 2.5.2 地震
• 2.6 水文地质条件
• 第3章 穿越古滑坡隧道围岩特征及主要工程地质问题
• 3.1 川主寺古滑坡基本特征
• 3.1.1 川主寺古滑坡空间形态特征
• 3.1.2 川主寺古滑坡结构特征
• 3.1.3 川主寺古滑坡稳定性现状
• 3.2 川主寺隧道围岩工程地质评价
• 3.2.1 隧道进口段围岩评价
• 3.2.2 隧道洞身段围岩评价
• 3.2.3 隧道出口段围岩评价
• 3.3 川主寺隧道主要工程地质问题
• 第4章 隧道开挖诱发古滑坡局部复活机理及治理措施研究
• 4.1 古滑坡局部复活体的基本特征
• 4.1.1 复活体的空间形态特征
• 4.1.2 古滑坡复活体结构特征
• 4.1.3 复活体变形破坏特征
• 4.2 隧道开挖诱发古滑坡局部复活成因机理分析
• 4.2.1 复活体成因机理地质分析
• 4.2.2 复活体成因机理数值模拟分析
• 4.3 复活体稳定性及变化趋势研究
• 4.3.1 复活体稳定性数值模拟分析
• 4.3.2 复活体稳定性现场量测分析
• 4.3.3 复活体稳定性计算及敏感性研究
• 4.4 复活体整治方案研究
• 4.5 本章小结
• 第5章 隧道碎裂围岩变形破坏及稳定性研究
• 5.1 概述
• 5.2 隧道围岩变形破坏机制概述
• 5.3 隧道围岩稳定性影响因素分析
• 5.4 川主寺隧道碎裂围岩变形破坏特征及机理分析
• 5.4.1 川主寺隧道碎裂围岩变形破坏特征分析
• 5.4.2 川主寺隧道碎裂围岩变形破坏机理分析
• 5.5 川主寺隧道碎裂围岩稳定性研究
• 5.5.1 隧道变形监测分析
• 5.5.2 隧道碎裂围岩稳定性FLAC3D 研究
• 5.6 本章小结
• 第6章 隧道岩溶化破碎围岩稳定性研究
• 6.1 概述
• 6.2 川主寺隧道岩溶化破碎围岩发育特征及成因分析
• 6.2.1 岩溶化破碎围岩发育特征分析
• 6.2.2 岩溶化破碎围岩发育成因分析
• 6.3 隧道岩溶化破碎围岩稳定性FLAC3D 研究
• 6.3.1 地质模型概化及地质模型的建立
• 6.3.2 隧道开挖条件下围岩稳定性研究
• 6.3.3 隧道开挖支护条件下围岩稳定性研究
• 6.4 岩溶化破碎围岩整治方案研究
• 6.5 本章小结
• 结论与建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得学术成果