大屯海截污排水隧洞围岩稳定性分析研究

论文摘要

根据滇东南个开蒙(个旧、开远、蒙自)中心城市建设规划,为了减少因城市扩容对大屯海的污染,云南省红河州建设局于2004年启动了大屯海截污排水隧洞工程建设项目。工程轴线为N50°W方向,隧洞沿线穿越的地层主要为上第三系泥灰岩,属软弱围岩隧洞,岩体结构较差,地应力和地下水对隧洞围岩的稳定性影响大。隧洞开挖后,围岩体内应力重新调整,导致岩体变形及围岩破坏,影响工程顺利进行。本文以大屯海截污排水隧洞为研究对象,在前人研究的基础上,通过野外地质调查和室内分析试验,对隧洞工程区工程地质条件进行深入的分析研究。采用我国工程岩体分级标准、水利水电规范分类、国际上通用的RMR分类与Q系统分类对隧洞围岩体进行定性、半定量的质量分级。结合本研究项目的特点,根据工程岩体分级标准的岩体质量分级原理,划分V级亚类V1、V2指标,得到最终的围岩分类结果,综合分析评价隧洞围岩的稳定性。根据现场对不同质量岩体进行的力学试验,给出不同质量岩体的物理力学参数。利用三维有限元技术模拟隧洞开挖,判断隧洞开挖后围岩应力重分布特征及变形破坏趋势。研究表明：①隧洞围岩不同质量岩体所占的比例为V1类占89.6%,V2类占10.4%,总体围岩岩体质量很差,围岩不能自稳,变形破坏极严重,局部将发生涌水或涌砂泥；②隧洞开挖后,应力场的调整导致变形的产生,围岩向洞壁临空方向挤压,致使洞壁变形破坏。破坏区主要分布在洞室的顶、底和边墙角点部位。破坏特征主要表现为洞室顶部出现塌落,底部和边墙出现卸荷回弹或应力挤压形成的内鼓破坏；③数值模拟结果表明,V2类围岩破坏程度较V1类围岩更为显著。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪言
• 1.1 问题的提出及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究内容及技术路线
• 1.4 完成的主要工作量及成果
• 第二章 隧洞工程区地质条件
• 2.1 工程概况
• 2.2 自然地理条件
• 2.2.1 地形地貌
• 2.2.2 气象
• 2.2.3 水文
• 2.3 区域地质环境特征
• 2.3.1 地层
• 2.3.2 地质构造
• 2.3.3 岩浆岩
• 2.3.4 区域地壳稳定性
• 2.3.5 区域水文地质条件
• 2.4 工程区工程地质条件
• 2.4.1 地层岩性及其物理力学性质
• 2.4.2 地质构造
• 2.4.3 水文地质特征
• 2.4.4 特殊土
• 第三章 隧洞工程地质影响因素分析及分段
• 3.1 隧洞工程地质影响因素分析
• 3.2 隧洞工程地质分段
• 第四章 隧洞围岩分类研究
• 4.1 工程岩体分级、水利水电分类、RMR分类和Q系统分类
• 4.1.1 工程岩体分级标准（GB50218-94）
• 4.1.2 水利水电围岩工程地质分类（GB50287-99）
• 4.1.3 岩体RMR分类（Bieniawski,1973）
• 4.1.4 岩体Q系统围岩分类
• 4.2 围岩分类
• 4.2.1 四种标准分类结果
• 4.2.2 综合分类
• 4.2.3 综合分类结果分析
• 4.3 岩体物理力学参数选取
• 第五章 隧洞围岩有限元数值模拟
• 5.1 有限元法基本原理
• 5.2 隧洞计算段选择
• 5.3 三维有限元数值模拟的基本思路
• 5.4 计算模型建立
• 5.4.1 计算范围
• 5.4.2 计算模型边界条件
• 5.4.3 介质及其力学参数
• 5.4.4 计算方案选择
• 5.5 计算方法
• 5.5.1 屈服原则
• 5.5.2 加-卸载准则
• 5.5.3 本构方程
• 5.6 计算分析
• 5.6.1 初始地应力场特征
• 5.6.2 隧洞开挖后隧洞围岩稳定性分析
• 5.7 结果分析
• 第六章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文和参加的科研活动
• 主要参考文献
• 附录A 图版
• 图版1 工程区照片
• 图版2 工程区及地貌照片