節(jié)理巖體中特大斷面小凈距隧道圍巖穩(wěn)定性研究.pdf

1、巖體是由許許多多的裂隙、節(jié)理、弱面以及斷層等所組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)體，其中節(jié)理是巖體中最為普遍存在的結(jié)構(gòu)面，通常把含有大量隨機(jī)分布節(jié)理的巖體稱為節(jié)理巖體，節(jié)理巖體中由于節(jié)理的存在破壞了巖體的整體性，同時(shí)節(jié)理的存在對隧道的整體穩(wěn)定性有著顯著的影響，本文結(jié)合福州長樂國際機(jī)場高速公路二期工程魁岐2號(hào)特大斷面小凈距隧道的工程特征，通過理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)、數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)控量測的方法和手段，對節(jié)理巖體中特大斷面小凈距隧道設(shè)計(jì)和施工過程中所關(guān)心的若干問題

2、進(jìn)行了分析和研究，完成了以下主要研究工作：
　　 (1)結(jié)合現(xiàn)行公路隧道中破碎節(jié)理巖體中圍巖壓力的計(jì)算方法，并針對特大斷面小凈距隧道分步施工的特點(diǎn)，分析了節(jié)理巖體中基于過程荷載的特大斷面小凈距隧道荷載分布模式，即考慮特大斷面小凈距隧道分步施工方法的圍巖壓力計(jì)算理論，并分別給出了節(jié)理巖體中基于過程荷載的特大斷面小凈距隧道淺埋和深埋條件下圍巖壓力計(jì)算方法，該方法能夠反映分步開挖尺寸、開挖順序?qū)μ卮髷嗝嫘艟嗨淼篮奢d大小的影響；利用研

3、究所得到的基于過程荷載的圍巖壓計(jì)算方法，對依托工程魁岐2號(hào)特大斷面小凈距隧道進(jìn)行了圍巖壓力計(jì)算，并與現(xiàn)場監(jiān)控量測數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比分析。
　　 (2)破碎節(jié)理巖體中深埋條件下隧道圍巖壓力的主要計(jì)算方法是普氏理論，而普氏理論中圍巖壓力大小最終可歸結(jié)為松動(dòng)區(qū)的范圍。通過對《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》中圍巖分級(jí)過程的分析得到了節(jié)理發(fā)育程度與圍巖級(jí)別的關(guān)系。根據(jù)節(jié)理巖體中松動(dòng)區(qū)的具體特征，提出了節(jié)理巖體中圍巖松動(dòng)區(qū)范圍的確定標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合節(jié)理發(fā)育程度

4、與圍巖級(jí)別的關(guān)系，對不同圍巖級(jí)別中節(jié)理發(fā)育程度對圍巖松動(dòng)區(qū)范圍的影響程度進(jìn)行了研究，同時(shí)分析了節(jié)理展布特征與圍巖松動(dòng)區(qū)形狀的關(guān)系。
　　 (3)結(jié)合依托工程現(xiàn)場實(shí)際施工情況，分析了節(jié)理巖體中特大斷面小凈距隧道不同圍巖級(jí)別中最優(yōu)施工方案：Ⅴ級(jí)圍巖中優(yōu)先選用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，Ⅳ級(jí)圍巖中優(yōu)先選用CRD法施工，Ⅲ級(jí)圍巖和Ⅱ級(jí)圍巖中分別可選用中壁法和臺(tái)階法施工。在對小凈距隧道合理凈距取值的判定準(zhǔn)則總結(jié)和分析的基礎(chǔ)了，并針對節(jié)理巖體中隧道失

5、穩(wěn)是塑性破壞和拉破壞共同作用的特征，提出了節(jié)理巖體中特大斷面小凈距隧道合理凈距取值的判定準(zhǔn)則，即以合理的施工方案為前提，僅在常規(guī)初期支護(hù)狀態(tài)下，隧道中間巖柱圍巖應(yīng)避免圍巖破壞區(qū)域(塑性破壞和拉破壞)貫通。
　　 (4)根據(jù)所提出的節(jié)理巖體中特大斷面隧道合理凈距取值的判定標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合隧道圍巖特征位移與不同凈距的變化規(guī)律，得到了依托工程魁岐2號(hào)特大斷面小凈距隧道不同圍巖級(jí)別中合理的凈距取值：Ⅴ級(jí)圍巖中D≥0.6B，Ⅳ級(jí)圍巖D≥0.5

6、B，Ⅲ級(jí)圍巖D≥0.4B，Ⅱ級(jí)圍巖D≥0.3B較為適宜。結(jié)合本隧道不同圍巖級(jí)別的長度指出該隧道最小凈距不宜小于11.94m，而該隧道中間巖柱的實(shí)際厚度為11.7m～15.3m，實(shí)際隧道凈距與研究所得到的合理凈距非常接近?；诳煽慷壤碚摚谔岢龅墓?jié)理巖體中中間巖柱可靠度計(jì)算方法的基礎(chǔ)上對依托工程魁岐2號(hào)特大斷面小凈距隧道不同圍巖級(jí)別中中間巖柱的可靠性進(jìn)行了分析。
　　 (5)突變理論能揭示巖體破壞的機(jī)理和過程，更能逼近巖體破壞的實(shí)

7、質(zhì)，該理論的發(fā)展為節(jié)理巖體中隧道圍巖失穩(wěn)機(jī)理分析提供了新的分析手段。根據(jù)節(jié)理巖體中巖塊的賦存狀態(tài)，將節(jié)理巖體中隧道開挖后頂部巖塊簡化成“簡支梁”力學(xué)模型，基于尖點(diǎn)突變理論對節(jié)理巖體中隧道頂部圍巖失穩(wěn)機(jī)理進(jìn)行了分析并得到了圍巖失穩(wěn)的條件。
　　 (6)節(jié)理巖體中斷層作為一個(gè)低強(qiáng)度、易變形、透水性大、抗水性差的軟弱帶存在，對隧道穩(wěn)定性有重要的影響，同時(shí)斷層活化失穩(wěn)也是一個(gè)突變過程，基于尖點(diǎn)突變理論得到斷層突變失穩(wěn)的條件為彈性性質(zhì)區(qū)段