基于離散元法的富水軟弱地層隧道掌子面穩(wěn)定性研究.pdf

1、以“一帶一路”戰(zhàn)略為契機，長大深埋、跨江越海隧道將迎來新的建設高潮，而復雜地質(zhì)問題逐漸成為制約其發(fā)展的瓶頸。工程實踐表明，隧道穿越碎屑流地層和飽水砂性地層將面臨嚴峻的施工安全問題。本文針對隧道碎屑流災害和飽水砂性地層的典型特征（松散、富水），圍繞隧道掌子面穩(wěn)定性問題，基于三維顆粒離散元流固耦合方法，從細觀尺度對掌子面力學行為進行數(shù)值分析研究;在此基礎上，通過理論分析建立相應的掌子面穩(wěn)定性計算方法。研究成果為隧道穿越碎屑流地層和飽水砂性地

2、層的掌子面穩(wěn)定性控制奠定了基礎。本文主要研究成果如下:
　　1、根據(jù)隧道碎屑流災害區(qū)域地質(zhì)特征，采用三維顆粒離散元流固耦合方法，建立了隧道碎屑流災害數(shù)值分析模型，從細觀尺度對隧道碎屑流災害掌子面災變失穩(wěn)行為進行了研究，再現(xiàn)了隧道碎屑流災害的分階段演化過程，提出了隧道碎屑流災害的判識方法，分析了隧道碎屑流災害的主要影響因素，探明了隧道碎屑流災害的破壞機理。
　　2、在隧道碎屑流災害掌子面災變失穩(wěn)行為研究成果的基礎上，通過經(jīng)驗方

3、法、理論方法和數(shù)值方法等手段，建立了隧道碎屑流災害掌子面前方巖盤臨界安全厚度的計算方法，為實現(xiàn)圍巖狀態(tài)由災變到漸變甚至穩(wěn)定的轉(zhuǎn)變奠定基礎。
　　3、根據(jù)飽水砂性地層的物理力學特性，采用三維顆粒離散元流固耦合方法，建立了掌子面穩(wěn)定性研究數(shù)值分析模型，從細觀尺度對滲流條件下飽水砂性地層隧道掌子面失穩(wěn)破壞規(guī)律和掌子面極限支護壓力進行了研究，并從掌子面失穩(wěn)破壞模式出發(fā)對考慮滲流的三維楔形體理論計算模型進行了修正，建立了滲流條件下飽水砂性地