富水花崗巖蝕變帶隧道變形機理及穩(wěn)定性控制的模型試驗研究.pdf

1、花崗巖蝕變巖體是指晚期侵入的花崗巖再經(jīng)熱液蝕變后形成的巖體，花崗巖蝕變巖體體強度低，有吸水膨脹的特點，易松裂崩解，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎且多呈松散碎石角礫、粉砂土狀，穩(wěn)定性極差。目前，這種地質(zhì)現(xiàn)象在國內(nèi)外工程建設(shè)中較為罕見，類似工程的建設(shè)經(jīng)驗較少，對花崗巖蝕變帶隧道圍巖穩(wěn)定性及變形規(guī)律的研究尚無相關(guān)資料，對蝕變帶地區(qū)隧道工程的設(shè)計與施工也無規(guī)律可循，因而本文所開展的研究具有十分重要的意義。本文以洛湛線鐵路北崗隧道工程為依托，該隧道洞身周

2、邊存在較厚的全風(fēng)化的花崗巖蝕變帶，加之隧道所處區(qū)域地下水豐富，因而在隧道穿越富水軟巖地段的施工中，多次出現(xiàn)圍巖急劇變形、坍塌、突泥、突水、地下水位下降、泉水枯竭、地面塌陷、開裂等問題，最終導(dǎo)致整個隧道施工被迫全面停止，設(shè)計進(jìn)行變更。
　　針對以上問題，論文基于相似理論，以幾何相似比CL=100、容重相似比Cγ=1為基礎(chǔ)相似比，建立三類力學(xué)模型，分別研究了圍巖工程特性、滲流作用、圍巖分界面位置三個因素對隧道變形的影響，分析了蝕變帶隧

3、道的變形機理；為研究支護(hù)結(jié)構(gòu)對隧道變形的影響及其支護(hù)效果，建立了幾何相似比CL=30的力學(xué)模型，對支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)效果做出評價，為支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供有意義的參考；同時以數(shù)值模擬計算為輔助研究手段，對模型試驗成果進(jìn)行了進(jìn)一步地驗證與補充，主要得到以下有關(guān)蝕變帶隧道的研究成果：1.花崗巖蝕變帶地區(qū)隧道開挖過程中洞周收斂變形明顯且發(fā)展速度快，如不及時支護(hù)，容易引起地表較大范圍內(nèi)出現(xiàn)開裂甚至局部塌陷，地表沉降規(guī)律符合Peck提出的理論曲線；2.地

4、下水的滲流將導(dǎo)致突泥涌水的產(chǎn)生，對圍巖的力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生損傷，這是造成北崗隧道嚴(yán)重塌方的最根本原因；3.隧道塌方破壞主要從拱頂開始，為拱形破壞模式，這是典型的松散無黏性土的破壞模式；4.巖體分界面存在于開挖面上或其附近時，圍巖容易沿巖體分界面發(fā)生相對錯動或局部破壞，并導(dǎo)致地表沉降、圍巖壓力變化的不對稱，當(dāng)分界面的角度為45°左右時，這種不對稱性的綜合影響最明顯，但隨著分界面與開挖面的距離增加這種影響將明顯越來越小。總之，隧道圍巖越多部分為軟