花岗岩蚀变带隧道大变形机理研究

论文摘要

花岗岩蚀变带岩体是指原岩在晚期侵入的花岗岩热液作用下经蚀变后形成的岩体。花岗岩蚀变带岩体强度低,其中蒙脱石化蚀变岩中的蒙脱石具有吸水膨胀特点,可使结构紧密的蚀变岩松裂崩解。加之后期花岗岩侵入蚀变带内,受多次构造作用及岩浆侵入影响,岩体节理裂隙发育、多呈松散碎石角砾、粉砂土状,稳定性极差。这种地质现象在国内外工程建设中较为罕见,目前较少类似工程的建设经验,对花岗岩蚀变带分布规律和工程特性的研究尚无相关资料,对蚀变岩地区的工程设计目前也无规律可循。本文的研究对象为洛湛线梧州—岑溪间的北岗隧道,该隧道洞身位于花岗岩蚀变带内,围岩呈土夹石状且具有弱～中等膨胀性,地下水发育。隧道施工中出现隧道边墙收敛变形、涌水涌砂、局部塌方形成空腔、地表形成塌陷坑等问题,导致整个隧道施工被迫全面停止,进行变更设计。本文通过收集蚀变岩相关资料,了解北岗隧道地质条件和施工变形情况,并现场取样进行矿物成分鉴定、常规试验、静态三轴试验、小直剪试验、大直剪试验和膨胀性试验来确定蚀变岩物理力学特性。分别采用Mohr-coulomb理想弹塑性模型和strain-softening应变软化模型对北岗隧道围岩宏观岩体力学参数进行反演分析,反演结果与试验结果进行对比分析。得出以下结论和计算成果：1.北岗隧道蚀变岩成因类型为岩浆期后热液蚀变,蚀变作用生成的大量亲水性强的蒙脱石、绿泥石等粘土矿物致使蚀变岩含水量高、强度低、具有遇水膨胀特性,开挖形成临空面后容易松裂崩解；2.Mohr-coulomb理想弹塑性模型反演的围岩参数不符合实际情况,strain-softening软化模型的反演计算结果比较符合现场的实际情况,即北岗隧道蚀变岩岩体具有明显的损伤特性；3.以北岗隧道DK62+545断面为计算模型,运用FLAC3D计算讨论了砂页岩和蚀变岩的接触面倾角a与接触面到隧道中心的距离d对隧道施工变形特性的影响规律,探讨了发生隧道大变形的岩体结构类型,可以指导类似工程的设计、施工；4.在三种典型力学特性围岩下,计算出不同支护条件下花岗岩蚀变带隧道开挖围岩收敛曲线,根据围岩收敛曲线的特征和工程中对围岩收敛位移的控制要求,可以选择合适的支护强度,一次性支护到位,避免围岩进一步应变软化和性质弱化,保证隧道施工和运营安全。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状分析
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 北岗隧道地质条件和施工变形概况
• 2.1 北岗隧道工程地质条件
• 2.1.1 北岗隧道地形地貌
• 2.1.2 地层岩性
• 2.1.3 地质构造
• 2.1.4 水文地质特征
• 2.1.5 蚀变带岩体宏观发育特征
• 2.2 北岗隧道设计方案和施工变形概况
• 2.2.1 隧道设计方案简述
• 2.2.2 隧道施工中大变形概况和处理措施
• 2.2.3 隧道变更设计方案
• 2.3 本章小结
• 第3章 北岗隧道蚀变岩物理力学特性的试验研究
• 3.1 常规试验
• 3.1.1 北岗隧道蚀变岩矿物成分鉴定和基本物理指标测定
• 3.1.2 常规试验结果分析
• 3.2 静态三轴剪切试验
• 3.2.1 试验结果整理
• 3.2.2 三轴试验结果分析
• 3.3 小直剪切试验
• 3.3.1 结果整理
• 3.3.2 小直剪试验结果分析
• 3.4 大直剪试验
• 3.5 膨胀性试验
• 3.6 本章小结
• 第4章 北岗隧道围岩宏观岩体参数反演分析
• 3D概述与优点'>4.1 有限差分软件FLAC^3D概述与优点
• 4.2 计算设计
• 4.2.1 计算模型
• 4.2.2 反演目标
• 4.2.3 反演方法
• 4.3 基于Mohr-Coulomb准则模型对围岩参数的反演结果
• 4.4 基于岩体损伤理论本构模型对围岩参数的反演结果
• 4.5 本章小结
• 第5章 蚀变带隧道施工变形特性及控制措施研究
• 5.1 复杂岩体结构隧道施工变形特性研究
• 5.1.1 计算模型
• 5.1.2 计算参数
• 5.1.3 计算工况
• 5.1.4 计算结果
• 5.2 蚀变带隧道施工控制措施研究
• 5.2.1 计算模型
• 5.2.2 拟定的支护方案
• 5.2.3 计算参数方案
• 5.2.4 计算目标
• 5.2.5 计算结果示例
• 5.3 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间参加的科研项目