炭質(zhì)泥巖夾砂巖隧道大變形機(jī)理及控制措施研究.pdf

1、軟巖大變形一直是困擾隧道工程界的一個(gè)重要問題，尤其是在軟巖隧道變形機(jī)理方面，由于軟巖巖性和工程地質(zhì)條件的復(fù)雜性，通過傳統(tǒng)的理論分析和經(jīng)驗(yàn)判斷不足以準(zhǔn)確的掌握圍巖的變形機(jī)制和變形規(guī)律，進(jìn)而提出有效的變形控制措施。
　　本文以“濱綏線牡丹江至綏芬河段擴(kuò)能改造工程”的興源隧道為依托，以軟巖隧道大變形為背景，采用現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)力及變形監(jiān)控量測(cè)、理論分析和有限元計(jì)算相結(jié)合的手段來分析隧道的大變形機(jī)理，并通過數(shù)值模擬手段對(duì)比分析優(yōu)選出最優(yōu)的變形控制措

2、施。最后通過突變理論來分析隧道施工過程中的極限位移，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果運(yùn)用當(dāng)前工程界普遍使用的三級(jí)管理機(jī)制對(duì)隧道圍巖變形控制基準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí)，提出了不同埋深下隧道的變形控制基準(zhǔn)。論文的主要工作和成果如下：
　?。?）結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析興源隧道變形與支護(hù)受力之間的相互作用關(guān)系和特征。分析結(jié)果表明，圍巖變形持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，具有很強(qiáng)的流變性；受軟弱夾層及巖層走向、傾向的影響，圍巖變形和支護(hù)受力表現(xiàn)出明顯的不對(duì)稱性。
　　（2）通過將現(xiàn)場(chǎng)

3、監(jiān)控量測(cè)分析與工程地質(zhì)資料相結(jié)合，得出興源隧道圍巖大變形屬于圍巖巖性控制類型，地層巖性、高地應(yīng)力、軟弱夾層和地下水是圍巖產(chǎn)生大變形的重要影響因素，其變形機(jī)理是高地應(yīng)力下軟巖的塑性流變、圍巖的彎曲變形以及夾層的軟化共同作用的結(jié)果。
　?。?）根據(jù)軟巖大變形機(jī)理分析的研究結(jié)果，有針對(duì)性的提出了不同的變形控制措施，并通過有限元數(shù)值模擬手段分別對(duì)每種變形控制措施進(jìn)行優(yōu)選，如采用不同臺(tái)階長(zhǎng)度、不同開挖進(jìn)尺、不同臺(tái)階高度、不同鎖腳錨管以及不同

4、縱向連接形式等。最終通過比選得出最優(yōu)變形控制措施，宜采用5m臺(tái)階長(zhǎng)度、0.5 m開挖進(jìn)尺、3.5m臺(tái)階高度、上臺(tái)階采用下斜30°鎖腳錨管、中臺(tái)階采用下斜15°鎖腳錨管、縱向連接則采用14號(hào)槽鋼。
　?。?）通過對(duì)尖點(diǎn)突變理論的應(yīng)用，分別計(jì)算不同應(yīng)力釋放率下隧道洞周關(guān)鍵點(diǎn)的塑性應(yīng)變值，然后利用突變判據(jù)△來尋找塑性應(yīng)變的突變點(diǎn)，從而確定圍巖變形突變所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力釋放率，并以此作為圍巖變形的極限狀態(tài)。通過計(jì)算得出，當(dāng)應(yīng)力釋放率達(dá)到70％時(shí)