隧道—滑坡體系的變形機理及控制技術研究.pdf

1、本論文以甘肅省交通科研項目-《武罐高速公路典型滑坡對隧道危害機制及防治技術研究》(No:200813)為主要依托，結合該院數(shù)十年的交通工程地質災害防治經驗，選取“隧道-滑坡體系的變形機理及控制技術研究”一題作為研究對象。采用了資料調研、理論分析、數(shù)值仿真試驗、地質力學模型試驗和現(xiàn)場測試相結合的研究方法，重點探討建設期隧道和滑坡的變形特征與相互作用機理、隧道-滑坡體系的工程安全性評價以及變形控制技術等幾個問題。
　　(1)武罐高速公

2、路沿線地形地質條件復雜，構造極為發(fā)育，分布大量滑坡、崩塌和泥石流等災害，對線路影響較大，整體屬于欠穩(wěn)定場地。調查表明，武罐高速公路沿線分布各類滑坡54處，崩塌錯落47處，還有很多規(guī)模大小不一的危巖體病害。以麻崖子梁（區(qū)域南北分水嶺）為界，北段主要發(fā)育黃土類滑坡，以大中型淺層～中層為主;南段多發(fā)育第四系松散堆積層滑坡、基巖順層或切層滑坡，規(guī)模巨大。根據武罐高速公路沿線隧道-滑坡病害的具體特征，將沿線隧道-滑坡的坡體結構類型劃分為以下四類:

3、堆積層-順傾基座式坡體結構、堆積層-反傾基座式坡體結構、陡傾順層坡體結構和陡傾切層坡體結構。針對上述類型，選取典型工點對其坡體結構特征分別進行了分析，為進一步深入分析開挖施工過程中滑坡的破壞模式奠定了基礎。
　　(2)以武罐高速公路典型隧道-滑坡為重點考察對象，初步建立了“隧道-滑坡體系”的概念，從“坡體結構、災變誘發(fā)因素和隧道與滑坡的空間組合關系”幾方面綜合考慮，建立了以平行體系、正交體系和斜交體系為核心的較為完備的受力變形模式

4、。選取“隧道穿越滑動帶、隧道下穿滑體、平行體系下隧道穿越滑體和正交體系下隧道穿越滑體”四種具有代表性的基本模式，建立體系受力模型，主要以隧道作為承載體。對簡化模型建立微積分方程并引入邊界條件得到位移函數(shù)，通過位移、截面轉角、彎矩、剪力之間的微分關系得到隧道支護荷載和變形的理論解。（創(chuàng)新點之一，詳見第3、4章）
　　(3)在進行隧道圍巖安全性和滑坡體穩(wěn)定性評價時，需要不斷地根據圍巖（坡體）中的應力或變形信息來評價其安全穩(wěn)定狀態(tài)。本項

5、研究探討了適用于隧道工程安全性和滑坡穩(wěn)定性的點安全系數(shù)統(tǒng)一評價方法，跟蹤開挖過程中該評價指標的空間分布規(guī)律和時間發(fā)展過程，為實現(xiàn)隧道-滑坡體系的工程安全性評價和支護優(yōu)化設計奠定理論基礎。數(shù)值分析和模型試驗成果顯示:整個坡體在試驗預定的幾個工況中是整體穩(wěn)定的，但是局部破壞也會對工程造成一定影響，因此在工程中采用點安全系數(shù)來評價隧道-滑坡體系的變形機理和控制技術是比較合理的。（創(chuàng)新點之一，詳見第5、6章）
　　(4)以隧道-滑坡平行體

6、系為研究對象，采用數(shù)值模擬、地質力學模型試驗和現(xiàn)場監(jiān)測測試相結合的方法開展隧道-滑坡體系的變形機理研究，主要得到以下幾方面認識。①在三維數(shù)值計算成果的基礎上，定義隧道圍巖的應力狀態(tài)點安全系數(shù)和滑面單元（接觸面）的點安全系數(shù)，根據點安全系數(shù)的分布來判斷圍巖和坡體不同部位的穩(wěn)定程度，從而分析隧道圍巖和滑坡的變形機理;②隧道開挖使滑坡體的穩(wěn)定狀態(tài)和巖土體力學性質發(fā)生了變化，在雨水的作用下，坡體變得更不穩(wěn)定;③隧道開挖應盡量保持兩洞間必要的超前

7、距離，有效減小施工擾動范圍;④在穿越滑動帶等特殊地質體時，最好采用一定的預加固措施，至少應做好應急預案。
　　(5)以隧道-滑坡平行體系為研究對象，闡述了預加固技術的作用機理，提出了基于預加固理念的變形控制技術。認為控制或降低開挖過程中的變形是控制隧道-滑坡體系漸進性破壞的關鍵，因此需采用合理的預加固技術，包括預加固工程措施和科學的施工工藝工序。數(shù)值分析和地質力學模型試驗綜合分析表明:對隧道-滑坡體系的穩(wěn)定性而言，開挖和降雨對滑坡