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原文传递拉林铁路桑珠岭隧道地应力场分析及岩爆预测研究

论文题名：	拉林铁路桑珠岭隧道地应力场分析及岩爆预测研究
关键词：	地应力场分析;岩爆预测;铁路隧道;岩体特征
摘要：	拉林铁路桑珠岭隧道是西藏自治区境内的一座特长铁路隧道，为全线控制性重难点工程。隧道处于建设初期，已有较多明显的高地应力特征显现，隧道穿越区地应力场如何分布，有无岩爆活动发生成为工程技术人员关心的重大技术问题。由于地形和交通条件限制，开展大规模地应力实测难度太大。鉴于此，从区域地质环境入手，分析区域构造和构造应力场的演化历史;通过收集雅鲁藏布江断裂带周边地区GPS形变监测点观测数据，分析雅鲁藏布江断裂带对隧址区地应力环境的影响;在现场调查的基础上，利用震源机制解、实测地应力资料统计分析等方法综合分析隧址区地应力场特征;依据实测数据和多元线性回归原理，对隧址区进行三维地应力场反演分析，反演结果与综合分析结果和现场勘查中查明的河谷高地应力现象吻合较好。在此基础上，分析河谷岸坡以及隧道沿线的地力场特征，并对隧道沿线易发生岩爆部位及岩爆等级进行预测，主要研究成果如下: 　　(1)区域内分布有大规模走滑、逆冲断裂构造，主要沿近东西向展布，于第四纪早、中期活动迹象明显;分布有较小规模的剪切、拉张断裂构造，主要沿近SN或NNE向成带展布，自晚第四纪来活跃程度较高。隧道线路先后近垂直穿过隧址区内的东缘断裂与巴玉断层，两者走向近SN，倾向NW，为小规模断层。区域新近地震活动分布具有南北成带性，多发生在块体内部NNE向走滑断裂带上，区域构造应力应与走滑断层应力环境相符合。　　(2)综合分析已有文献资料以及研究成果，将区域构造活动划分为5个阶段:①前震旦纪至古生代—古冈瓦纳大陆边缘海盆发展阶段;②晚二叠世至早侏罗世—特提斯洋盆的形成与发展阶段;③侏罗至白垩纪—特提斯洋盆的发展与消亡阶段;④早第三纪至中新世—地壳缩短加厚阶段;⑤上新世至第四纪—喜马拉雅山和青藏高原大幅度隆升阶段。　　(3)雅鲁藏布江河谷中游发育有11级以上河流阶地。T6以下为堆积阶地，说明这一时期内构造活动较弱;T6以上为基座阶地，阶面宽度普遍小于T6以下阶地，说明雅鲁藏布江在较短时间内切过早先的冲积物到达基岩中，这一时期区域构造运动较强;其中T6阶地阶面宽度最大，说明在这一时期内，存在一个构造活动相对稳定的过渡期。　　(4)在收集雅鲁藏布断裂带周边地区GPS监测数据的基础上，根据区域地壳运动及形变特征，分析应力场变化特征及雅鲁藏布江断裂带对周边地区地应力分布的控制作用。结果表明:雅鲁藏布江断裂带释放了一部分形变和构造应力，能够一定程度地降低隧址区地应力。　　(5)利用应力环境数据库、震源机制解等方法得出隧址区构造应力方向为NE向。利用水压致裂法实测获得桑日、加查地区深孔地应力资料，测点附近水平最大主应力σH为9.41MPa～17.72MPa，水平最小主应力σh为5.61MPa～13.1MPa;最大水平主应力优势方向为N9°W～N7°E，与区域构造应力场方向一致。基于前人已有研究成果，收集了区域内重点工程的50组实测地应力数据，利用统计方法分析了地应力场的主应力方向;将实测地应力中的竖向应力σv、最大水平主应力σH、最小水平主应力σh根据埋深进行线性拟合，定量分析了区域浅表地壳中不同埋深处的地应力环境。　　(6)河谷岸坡地应力场可划分为3个分区，即应力降低区、应力增高区和原岩应力区。应力降低区范围为自坡体表面向里水平埋深80m及向下竖向埋深80m区域内。在应力降低区深度以下，岩体最大主应力值出现波动，岩体中应力集中显著，将该区域划分为应力增高区。坡表向里水平埋深超过240m及向下竖向埋深超过160m区域，主应力量值沿竖向和水平埋深变化趋势趋于稳定，将该区域划分为原岩应力区。河谷影响区为距岸坡坡表竖向埋深约为600m，水平埋深约为800m的区域。　　(7)桑珠岭隧道轴线上最大水平主应力（σH）在里程K178+600附近取得最大值，量值约为23.0MPa;最小水平主应力(σh)最大值位于里程K177+000附近，量值约为13.5MPa;最大竖向应力(σv)位于K183+200附近，量值达32.0MPa。最大水平主应力方向与隧道轴线的走向夹角为25.55°～89.50°，隧道建设所面临的地应力环境以河谷岸坡地应力场为主。　　(8)基于隧道轴线位置处的地应力分析结果，从岩体特征、高地应力条件、断面形状等角度出发，利用多种岩爆预测方法对隧道岩爆可能性进行综合判别。结果显示无岩爆活动洞段长度约为2580m，占比约为15.68％;弱岩爆活动洞段长度约为4758m，占比约为28.92％;中等岩爆活动洞段长度约为6450m，占比约为39.20％;高岩爆活动洞段长度约为2667m，占比约为16.21％。最后，根据岩爆发生机理，提出了针对性的岩爆防治措施。
作者：	王庆武
专业：	建筑与土木工程
导师：	巨能攀;卢平
授予学位：	硕士
授予学位单位：	成都理工大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文