黃土軟弱破碎圍巖隧道穩(wěn)定性分析.pdf

1、復(fù)雜工程地質(zhì)條件下，隧道穩(wěn)定性問題十分突出，對其合理的分析評價在隧道的安全建設(shè)與運(yùn)營方面都具有非常重要的意義。本文以黃土軟弱破碎圍巖隧道為主要的研究對象，采用理論分析研究、數(shù)值模擬、現(xiàn)場試驗及跟蹤量測的方法，以穩(wěn)定性分析為核心內(nèi)容，以影響和反映隧道穩(wěn)定性的圍巖材料特性、支護(hù)抗力、施工開挖方法、監(jiān)測數(shù)據(jù)信息及隧址賦存環(huán)境等因素為基本出發(fā)點，系統(tǒng)研究了黃土軟弱破碎圍巖隧道穩(wěn)定性問題，主要研究工作和成果如下：
　　(1)圍巖材料特性研究

2、方面，引入了卸荷釋放率模擬隧道開挖的動態(tài)卸荷過程，建立了模擬隧道開挖卸荷的動態(tài)施工過程彈-塑性軟化模型，推導(dǎo)了應(yīng)力和位移解析式。分析得到黃土隧道圍巖在理想塑性階段最終破壞是強(qiáng)度破壞，圍巖的失穩(wěn)發(fā)生在塑性軟化階段的殘余理想塑性區(qū)。合理解釋了黃土隧道在開挖卸荷出現(xiàn)臨空面，圍巖壁強(qiáng)度低于峰值強(qiáng)度，但仍可保持穩(wěn)定的現(xiàn)象。
　　(2)支護(hù)抗力研究方面，在考慮“充分發(fā)揮圍巖的自承能力”的條件下，推導(dǎo)了彈-塑性軟化變形圍巖壓力與支護(hù)抗力之間的解

3、析式，深埋隧道圍巖變形超過自身的抗變形能力時圍巖松動情況下的支護(hù)抗力解析式，隧道底鼓產(chǎn)生的機(jī)理的解析表達(dá)式。分析得到軟化系數(shù)增大，隧道圍巖塑性區(qū)半徑和破碎區(qū)半徑之比將會越小，隧道圍巖中的塑性過渡區(qū)減少，隧道產(chǎn)生突發(fā)性崩塌的危險性增加，拱腳處是圍巖松動圈內(nèi)圍巖穩(wěn)定的支撐點，隧道跨度越大越容易發(fā)生底鼓。
　　(3)施工開挖方法研究方面，模擬隧道施工的不同工法，分別從圍巖受力特性、支護(hù)受力特性、圍巖變形及塑性區(qū)及系統(tǒng)錨桿等方面進(jìn)行了研究

4、，得到了每一開挖步應(yīng)力集中的部位及在開挖過程中應(yīng)力的變化趨勢。分析得到各種工法的施工中，圍巖拉應(yīng)力集中主要出現(xiàn)在拱底和拱頂，造成拱頂下沉和底鼓，在施工中應(yīng)及時封閉仰拱和進(jìn)行拱頂?shù)某爸ёo(hù)。壓應(yīng)力集中主要出現(xiàn)在各個開挖步臺階與圍巖的接觸部位并逐步過渡到拱腳，加強(qiáng)拱腳的支護(hù)是控制黃土隧道整體下沉的關(guān)鍵。
　　(4)監(jiān)測數(shù)據(jù)信息研究方面，分析了對監(jiān)控量測數(shù)據(jù)通過相空間的重構(gòu)來實現(xiàn)對隧道開挖擾動非線性動力學(xué)系統(tǒng)的描述的可行性，解決了對隧道

5、位圍巖移監(jiān)控量測一維數(shù)據(jù)反映信息少、無法刻畫復(fù)雜系統(tǒng)動力行為問題。應(yīng)用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合工程實例對隧道圍巖位移進(jìn)行預(yù)測，對兩種預(yù)測結(jié)果對比分析，得到在信息量較少的情況下 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測的結(jié)果比模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)較真實值更為接近的結(jié)論。
　　(5)隧址賦存環(huán)境研究方面，通過邊坡的穩(wěn)定性安全系數(shù)解析式將隧道與邊坡聯(lián)系起來，理論分析隧道開挖對其隧址穿越的邊坡的穩(wěn)定性的影響及邊坡發(fā)生失穩(wěn)的機(jī)理，數(shù)值模擬了不同工法開挖對邊坡穩(wěn)

6、定性的影響，設(shè)置試驗段采用CRD法開挖，對邊坡進(jìn)行監(jiān)測。從監(jiān)測數(shù)據(jù)分析可知隧道采用CRD法開挖右導(dǎo)洞中、下臺階的開挖對邊坡位移變化率絕對值影響較大，是控制邊坡穩(wěn)定的關(guān)鍵點，隧道開挖對邊坡變形的影響范圍有限，在采用CRD法施工時1.5倍隧道跨徑內(nèi)是邊坡變形影響敏感區(qū)，此段范圍應(yīng)加強(qiáng)對邊坡變形的監(jiān)測。黃土圍巖基底承載力低和具有濕陷性對隧道整體穩(wěn)定性有重要的影響，結(jié)合實際工程實例通過提高地基承載力、結(jié)構(gòu)抗沉降能力、選擇適宜的施工工法來處治黃土