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原文传递岩溶隧道围岩节理分布特征对围岩变形影响研究——以仙人洞隧道为例

论文题名：	岩溶隧道围岩节理分布特征对围岩变形影响研究——以仙人洞隧道为例
关键词：	岩溶隧道;节理特征;数值模拟;围岩稳定性;位移监测
摘要：	近年来随着我国铁路建设逐渐向山区推进，由于线型和地形、地质条件的限制，隧道成为铁路建设的要结构形式之一。在隧道工程建设过程中，地下地质灾害成为影响工程安全的主要工程地质问题。其中岩溶灾害以及节理发育是影响隧道围岩稳定性的两大核心问题，一旦围岩失稳，发生变形破坏，会造成施工设备的严重损坏，影响工期，增加工程费用，给整个道路的施工带来极大的不便并对铁路的后期运营造成潜在的威胁。因此对隧道岩溶地质灾害的研究就变得日益重要。　　本文在野外调查的基础上，通过掌子面素描、节理分布统计、岩体完整性分析以及岩石硬度指标等手段，较为系统的分析了仙人洞隧道围岩岩体特征;针对隧道边墙位置存在隐伏溶洞对围岩稳定性影响较大这一特征，较为全面的分析了不同节理几何分布下，隧道开挖对围岩变形产生的影响。最后通过引入蒙特卡洛随机数生成原理，利用matlab软件编制了随机节理生成程序，并且将其运用到了仙人洞隧道隐伏溶洞段开挖的数值模拟中，对变形特征等问题进行了分析，并结合现场监测资料进行了理论与实际对比。　　通过本文的研究，初步得到了以下结论: 　　(1)通过对仙人洞隧道工程地质条件和岩溶发育特征的调查得出了仙人洞隧道岩溶发育形式以竖向发育为主横向发育为主的特点。　　(2)通过对仙人洞隧道开挖段围岩岩体特征进行调查分析，发现仙人洞隧道节理发育以陡倾为主，倾角主要在60°至90°之间，节理迹长为2m-5m之间，节理间距主要以0.5m-2m为主，节理岩体完整型整体性较好，部分岩溶发育洞段围岩较破碎。在统计开挖段围岩等级分布规律的基础上，发现岩溶发育是造成围岩等级降低，岩体破碎，节理裂隙发育的主要因素。　　(3)通过地质雷达探测手段，发现隧道中不仅岩溶揭露段围岩较差，节理裂隙发育，在未揭露的隐伏溶洞附近，围岩同样较差，隐伏溶洞与节理裂隙的发育给隧道的围岩稳定性带来了极大的隐患。　　(4)利用UDEC离散元数值模拟软件，建立不同节理几何分布特征的概化模型，分别对隧道及隐伏溶洞周围不同倾角、不同间距以及不同组合关系下围岩变形问题进行了研究。发现当节理倾角发生变化时，围岩变形受到了一定影响，当节理为水平向发育时，围岩变形最大，岩体稳定性较差。当节理间距发生变化时，围岩变形出现了较大变化，当节理间距为0.5m时隧道近溶洞一侧的变形量是间距为4m时的2倍左右，说明节理间距的变化极大的影响了围岩的稳定性。当节理又一组变化到两组时，围岩明显也明显增大，并且当节理组合方式不同时，围岩变形也因此发生改变。　　(5)考虑到在实际工程中，节理的发育通常具有随机性这一特点，在数值模拟中，如果单纯按节理产状、间距的不同产生结构面，往往与实际情况有一定的差异，因此本文引入了蒙特卡洛随机数生成方法，通过对结构面分布特征的概率统计，利用Matlab软件编制了生成随机节理的程序。　　(6)将出现隐伏溶洞的仙人洞隧道DK12+420处作为研究对象。通过现场调查，对掌子面的情况进行了细致的地质分析，找出了当前位置优势结构面的发育特征。结合Matlab以及UDEC软件，建立较为符合现场实际情况的数值模型，并分析了隧道周围的围岩变形情况及塑性区位置，判断了溶洞是否处于安全位置。　　(7)将现场的位移监测数据与理论计算的位移值进行比较，证明了理论计算的合理性。
作者：	刘江昊
专业：	地质工程
导师：	巨能攀
授予学位：	硕士
授予学位单位：	成都理工大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文