黃土隧道工程地質(zhì)災(zāi)害主要類型及分析評價.pdf

1、黃土是第四紀干旱半干旱特定地區(qū)形成的具有特定物質(zhì)組成和微觀結(jié)構(gòu)的特殊土，在古地形地貌基礎(chǔ)上繼承性堆積形成幔覆結(jié)構(gòu)。顆粒級配、接觸關(guān)系、孔隙類型和大小、膠聯(lián)結(jié)構(gòu)類型、狀態(tài)及特征等關(guān)系構(gòu)成黃土的基本骨架，決定了黃土構(gòu)造特殊，強度偏低，承載力低，部分具有濕陷性。黃土表現(xiàn)出特殊的工程特性，對工程結(jié)構(gòu)物危害大，為工程界普遍關(guān)注并被視為特殊工程地質(zhì)體，在隧道工程中被視作特殊類型的Ⅱ、Ⅲ類軟弱圍巖。黃土隧道將黃土作為施作對象，開挖過程極大地改變了黃土

2、體的天然應(yīng)力狀態(tài)，隨著初期支護和二次襯砌的施作，又改變了黃土圍巖的二次應(yīng)力和三次應(yīng)力狀態(tài)，使得原本就復(fù)雜的黃土工程特性又經(jīng)歷了復(fù)雜的應(yīng)力調(diào)整過程，這一過程使洞室圍巖的應(yīng)力一部分轉(zhuǎn)移到附近區(qū)域，另一部分則以塌方等地質(zhì)災(zāi)害形式而釋放掉。黃土節(jié)理發(fā)育，結(jié)構(gòu)強度低，水理性質(zhì)差，這是黃土隧道的首要難題。 隧道的工程地質(zhì)條件密切關(guān)系到隧道修建時的開挖方法、支護形式以及襯砌結(jié)構(gòu)的類型；圍巖工程地質(zhì)條件既是產(chǎn)生隧道地質(zhì)災(zāi)害的物質(zhì)基礎(chǔ)，又是研究隧

3、道地質(zhì)災(zāi)害的載體，撇開人為因素隧道地質(zhì)災(zāi)害都可以從圍巖工程地質(zhì)條件中找到根源。黃土的物理力學(xué)性質(zhì)、壓縮性、濕陷性、擊實性、抗剪性、水理性等基本工程地質(zhì)特性決定著黃土隧道圍巖的工程性質(zhì)。本文結(jié)合黃土隧道施工實踐過程中出現(xiàn)的主要工程地質(zhì)災(zāi)害，系統(tǒng)論述黃土的土體工程特性-黃土的含義及成因、成分和結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上探討其致災(zāi)機理——物理地質(zhì)作用效應(yīng)、地震作用效應(yīng)、水作用效應(yīng)、區(qū)域地質(zhì)作用效應(yīng)、綜合作用效應(yīng)和施工效應(yīng)等，歸納出黃土隧道的主要地質(zhì)災(zāi)害

4、類型。 塌方是黃土隧道最常見的地質(zhì)災(zāi)害，本文分析影響隧道塌方的主要因素(地質(zhì)因素和施工因素)，從力學(xué)方法、赤平投影方法、數(shù)值方法、概率方法等途徑分析黃土隧道塌方的機理、規(guī)律，評價塌方危害；總結(jié)了黃土隧道工程塌方的一些新特點：速度快、無征兆，具間歇性、方向性，塌方規(guī)模與施工密切相關(guān)，地層變化界面處和土石交界處以及地下水匯集處，容易塌方；引入安全系統(tǒng)工程理念和概率方法評價黃土隧道塌方危害，引入灰色模型預(yù)測隧道地質(zhì)災(zāi)害。以有限單元法為

5、基礎(chǔ)的數(shù)值計算仿真模擬分析黃土隧道開挖的力學(xué)行為和變形特性的方法具有廣闊的前景。 黃土地層中的水對隧道的影響舉足輕重，圍巖中水的作用是黃土隧道設(shè)計、施工時的重點研究內(nèi)容和關(guān)注對象，對一些大的隧洞工程則仍需對其在飽和黃土中成洞的條件和黃土浸水的控制技術(shù)進行較深入的研究。黃土中的孔隙，空洞成為地下水有效存賦空間和運移通道，構(gòu)成黃土的重要含水介質(zhì)，而隧道開挖后低強度圍巖新增節(jié)理裂隙又拓展了地下水的空間通道，本文從隧道圍巖水的來源和作用

6、分析、評價圍巖含水量增高后產(chǎn)生的水危害；分析黃土圍巖的水敏感性。黃土中水的作用主要表現(xiàn)為軟化作用、潤滑作用、溶蝕作用、增重作用、沖擊作用和崩解作用，其結(jié)果是不僅降低了圍巖強度，增加圍巖的不穩(wěn)定性，還使得隧道滲水增加了施工難度，黃土隧道更容易產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害，特別是塌方，工程實踐表明大雨引起圍巖的含水量增加較大時，基質(zhì)引起的吸附強度降低很快，很容易塌方。水對黃土圍巖的軟化是黃土隧道中水作用的最大特點。 黃土隧道施工最常用的方法是新奧法

7、(NATM)，盡量避免全斷面開挖，合理有效的施工可以減少或避免地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生?，F(xiàn)場試驗和監(jiān)控是獲得信息的主要渠道，圍巖壓力和變形實測是黃土隧道設(shè)計、施工的重要內(nèi)容。本文針對黃土隧道的主要地質(zhì)災(zāi)害，根據(jù)其自然致災(zāi)機理和人為致災(zāi)機理，提出黃土道路隧道工程地質(zhì)災(zāi)害的主要防治措施。隧道地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測預(yù)報是最有效的防治措施。 從研究原狀黃土天然應(yīng)力狀態(tài)出發(fā)，結(jié)合黃土力學(xué)性質(zhì)、本構(gòu)關(guān)系、賦存條件，通過理論分析、室內(nèi)試驗、模型研究和現(xiàn)場實測等方