详情

原文传递岩溶隧道掌子面防突体结构及其破坏模式研究

论文题名：	岩溶隧道掌子面防突体结构及其破坏模式研究
关键词：	岩溶隧道;防突体结构;破坏模式;位移场;渗流场
摘要：	21世纪以来，随着我国经济的飞速发展，基础设施设施建设也迎来了迅猛发展期，西部岩溶地区隧道与地下工程的建设也越来越多，然而在岩溶地区修建隧道过程中突水突泥地质灾害经常发生，给隧道建设造成了巨大的经济损失，严重影响施工进度以及威胁到了施工人员的安全，本文通过建立防突体概化模型与数值模拟相结合，再现了模拟开挖过程中隧道掌子面前方潜伏溶腔与隧道临空面之间防突体渐进破坏过程。主要研究成果如下：　　（1）归纳总结了防突体被突破的影响因素：岩体的可溶特征、地下水运动特征、水头压力、地应力。从岩体构成角度出发，通过调研统计得出：灰岩在全球岩溶地区分布较广且水灾害岩性占比较高。由致灾构造统计结果可知，溶洞为岩溶隧道施工过程中对隧道影响最严重、最常见的地质体。　　（2）根据致灾构造与隧道开挖硐室之间的围岩结构类型，将防突体结构类型划分为：完整型结构防突体（完整结构、完整块体结构）、层状型结构防突体（层状块体结构、层状碎裂结构）、断续型结构防突体（镶嵌断续型、交错断续型）、裂隙型结构防突体（裂隙无充填型、裂隙充填型）、土石型防突体结构（碎块散体结构、糜棱散体结构），不同结构类型防突体对应破坏模式为：完整型（压裂破坏），层状型（沿优势面剪切破坏），断续节理型（劈裂破坏），裂隙型（劈裂、剪切破坏），土石型（整体滑移、关键块体失稳）。　　（3）当前伏溶腔岩溶水压作为变量时，掌子面正前中心位置较拱顶、拱底位置位移相对较大，说明防突体最先被击穿的位置在掌子面正前方，最大位移值由中线向上下递减。当岩溶水压足够大时，掌子面靠近前伏溶腔时，掌子面其它位置也可能成为最先被岩溶水压击穿的位置。随着隧道埋深的增加，掌子面的推进使得横向挤出位移由单一卸荷向卸荷、岩溶水压、岩层原岩应力耦合影响过渡，同一开挖工况不同埋深的情况下，埋深的增加使得防突体所需安全厚度也随之增加，防突体不稳定状态也随埋深逐步显现，掌子面块体飞出最大位移值也随之增大。防突体节理裂隙倾角的增加导致岩体物理力学性质随之削弱，岩溶水沿顺层节理方向越容易发生渗流，导致防突体最小安全厚度随节理倾角的增加也逐渐增加，掌子面防突体最先被突破的位置从掌子面正前方随节理倾角的增加随之不断下移。　　（4）当掌子面距离前伏溶腔较远时，随着溶腔水压、隧道埋深、节理倾角的逐渐增加，监测面监测点横向挤出位移出现差异变化的时间节点逐渐提前，相同计算时段内，各点节理越高，水压溶腔左侧监测点水压分布大于掌子面右侧监测点水压，防突体最先被击穿位置岩溶水压远小于溶腔水压。
作者：	周绍宾
专业：	建筑与土木工程
导师：	郭佳奇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	河南理工大学
学位年度：	2020