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原文传递极不稳定隧道围岩超前破坏机制与安全性评价

论文题名：	极不稳定隧道围岩超前破坏机制与安全性评价
关键词：	隧道围岩;极不稳定围岩;超前破坏;预测方法;安全性评价
摘要：	“极不稳定围岩”是指在现有交通隧道开挖尺度下“自稳时间”为零的围岩。在施工过程中，这类围岩掌子面前方极易发生失稳破坏，有时伴随着较大的围岩超前变形，但由于破坏过程、机制及程度的不同，对隧道施工安全的影响具有显著差异，进而使得隧道安全性控制的难度、方式及效果也相差悬殊。因此，对其进行安全性评价和分级是非常必要的，这不仅是隧道施工方案选择的依据，也是安全性控制和工程建设管理的基础性工作。　　本文围绕极不稳定围岩安全性评价展开系统的研究。首先，从极不稳定围岩超前破坏的模式出发，基于超前破坏机制的深入分析，提出隧道围岩超前破坏预测方法，并对其影响因素进行分析，为极不稳定围岩安全性评价提供依据;基于极不稳定围岩荷载特点分析，明确极不稳定围岩安全评价中应考超前变形程度的必要性;最后，提出地层可加固性评价指标及极不稳定围岩安全性的评价方法。主要开展工作及研究成果如下: 　　(1)研究了极不稳定围岩超前破坏演化规律，从围岩破坏性质及表现形式的角度出发，提出了极不稳定围岩超前破坏的基本模式，分别为正面挤出型、前倾式冒落型和后倾式冒落型，将超前破坏模式定为极不稳定围岩安全性评价的核心指标，并揭示了相应的破坏机制。正面挤出型破坏发展初期以拉破坏为主，破坏发展后期以拉剪破坏为主;前倾式冒落型破坏发展的各个阶段均以拉剪破坏为主;后倾式冒落型破坏发展初期以拉剪破坏为主，破坏发展后期以拉破坏为主。　　(2)基于突变理论，综合运用二分法和曲线拟合技术，提出了围岩超前破坏范围预测方法，并对其影响因素进行系统的研究，确定围岩超前破坏的纵向范围及竖向范围作为极不稳定围岩安全性评价的另外两个关键指标。　　(3)综合考虑超前预加固及掌子面空间约束作用的影响，提出极不稳定围岩荷载计算方法。重点分析了不同围岩条件下及不同超前预加固方式作用下的荷载特点，将围岩超前变形定为极不稳定围岩安全性评价主要考虑的因素。　　(4)揭示了极不稳定围岩可加固性的内涵，分析了不同类型围岩的可加固性，提出了包括变形量的降低率、破坏区的减小率及地层可注性在内的围岩可加固性评价指标，并给出相应指标的确定方法，为极不稳定围岩安全评价提供依据。　　(5)基于极不稳定围岩的工程安全性特点，综合考虑围岩超前变形、超前破坏和可加固性三个方面，建立了包括超前破坏纵向范围、超前破坏竖向范围、超前破坏模式、最大超前变形量、超前变形范围、急剧变形范围、变形量的降低率、破坏区的减小率及浆液扩散半径9项基础指标在内的综合评价体系，提出安全性的分级方法。该方法在贺街隧道工程中得到了成功的应用。
作者：	台启民
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	张顶立
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文