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原文传递贵阳地铁S1号线场区膨胀性围岩稳定性与对策研究

论文题名：	贵阳地铁S1号线场区膨胀性围岩稳定性与对策研究
关键词：	地铁隧道;膨胀性围岩;稳定性;变形机理
摘要：	近年来，为缓解城区人地矛盾，公共交通建设力度持续加大，其中地铁工程可谓“异军突起”。地铁工程场区人口密集，地下环境复杂，若遇膨胀性围岩等特殊地质，则使建造难度倍增。工程领域因膨胀性岩土独特性而导致的事故不胜枚举，隧道工程领域尤为突出。为探明贵阳地铁S1号线场区膨胀性围岩的稳定性，本文依托贵阳地铁S1号线黄河北路站至望城坡站区间的膨胀性围岩（泥岩）为研究对象，通过现场取样、室内试验研究、理论计算分析、数值仿真并结合隧道现场监控量测，主要工作及成果如下：　　（1）开展膨胀性围岩（泥岩）基本物理力学特性试验，测定了研究区段围岩基本物理力学参数及其水浸软化变形特性，发现其含水率平均值为6.84%，天然含水样及烘干样块体密度分别为2.57g·cm-3、2.50g·cm-3 ，颗粒密度平均值为2.69g·cm-3，孔隙率平均值为7.07%；其天然含水状态单轴抗压强度为7.21MPa，干燥后单轴抗压强度降低了55.9%，而含水率增至8.20%时，降至0.51MPa；其失水后再遇水，裂隙发育迅速，岩体崩解速度较天然状泥岩更快，崩解后的岩块更细，崩解更彻底。　　（2）开展了研究区段膨胀性围岩（泥岩）膨胀特性试验及微观结构试验研究，揭示了膨胀性围岩（泥岩）膨胀机理。试验发现，其侧向约束膨胀率明显高于轴向及径向自由膨胀率，且岩样膨胀压力波动范围较大，介于66.21kPa~106.95kPa；岩样黏土矿物含量达47.2%，以伊利石（30.8%）为主；其微观表面粗糙、裂隙发育、颗粒间胶结弱、孔隙相互贯通，利于水分进入；因其黏土矿物含量以伊利石为主，故其膨胀特性表现并不突出，但隧道开挖致使岩体次生裂隙发育，岩体膨胀特性增强。　　（3）基于隧道压力拱理论及岩体力学方法，构建了膨胀性围岩压力计算模型，计算了围岩膨胀附加压力系数η对围岩压力的影响，推导了膨胀性围岩稳定性分析理论公式，基于围岩安全系数k，初步给出了膨胀性围岩稳定性判据。　　（4）开展隧道开挖不同工况下数值模拟研究，发现膨胀压力作用下，与无膨胀压力工况相比，围岩变形明显加快，提前了两个步序呈现加速变形趋势，且隧道左、右洞变形量均高于无膨胀压力工况；X方向上的主应力值均高于无膨胀压力工况，其最大值位于仰拱区域，是无膨胀压力工况的1.7倍，且拱顶主应力较无膨胀压力工况明显增大；Y、Z方向上的主应力最大值均位于拱腰，较无膨胀压力工况分别增大33.87%、18.04%，表明围岩膨胀性会导致围岩应力、应变增大、收敛期延长，致使围岩稳定性大打折扣，尤其是隧道仰拱的影响甚大。　　（5）考虑研究区段隧道围岩膨胀特性，对其进行现场监控量测，发现膨胀性围岩变形持续时间长、围岩压力波动性大，其规律与膨胀性围岩稳定性理论分析基本相符，并为处治此类工程现场提出了对策建议。
作者：	彭星
专业：	土木水利
导师：	饶军应
授予学位：	硕士
授予学位单位：	贵州大学
学位年度：	2023