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富水砂层隧道围岩稳定性影响因素及加固机理研究
| 论文题名： | 富水砂层隧道围岩稳定性影响因素及加固机理研究 |
| 关键词： | 富水砂层隧道;围岩稳定性;加固机理;安全系数 |
| 摘要： | 本文利用大型有限差分软件FLAC3D对富水砂层隧道开挖过程进行了数值模拟，并探讨了围岩稳定性的影响因素。首先建立了有无渗流作用下的两个隧道开挖模型，分析研究了渗流侵蚀破坏和应力扰动破坏对隧道围岩稳定性的影响，然后在考虑渗流作用的基础上，从地下水流速、隧道埋深以及开挖半径大小等三个角度系统研究了其不同工况下应力场、位移场以及地表沉降变化规律来分析对围岩稳定性的影响。然后利用FLAC3D软件自编了一套fish语言，修正Mohr-Coulomb强度准则公式，考虑孔隙水压力的影响，以安全系数作为围岩稳定性的判据，并讨论了有无渗流、地下渗流速度、隧道埋深及洞径大小对安全系数大小的影响。最后以广州地铁5号线珠猎段工程实际情况为例，建立了数值模型并进行了模拟分析，根据分析结果提出了一系列加固措施以保证隧道施工安全性和稳定性。 研究发现，考虑渗流作用相比未考虑时对围岩稳定性产生更多不利影响，围岩安全系数总体上也更小。在地下水渗流的作用下，隧道开挖时在拱顶、拱腰及仰拱等关键点位均出现比无渗流作用时更明显的应力变化，从而导致最大及最小主应力峰值增大的现象，这将大大增加围岩的受压程度，主应力的增大加剧了围岩变形、滑移和破坏的风险。当渗透系数增大时，水力坡降更明显，能够加剧地下水渗透侵蚀的效果，从而影响围岩主应力变化，围岩各关键点位出现的位移量和地表沉降量也越大。隧道埋深越深，开挖过程中容易产生更大的变形和位移，在围岩应力场和位移场分析上看也是呈增大的关系。隧道洞径越大，围岩主应力峰值也越大，位移变形更大更明显，地表沉降量也越大，并且围岩整体和最小安全系数均呈减小的趋势，同时，土体内聚力和摩擦角也是影响安全系数大小的重要因素，需要将其纳入考虑范围。因此，地下水流速、隧道埋深及洞径大小都是导致围岩失稳破坏的重要因素，需要针对以上影响因素，采取有效的加固措施，以保证隧道施工安全性和稳定性。 最后将上述研究规律应用于实际工程施工模拟时发现，以此建立的安全系数判别法不仅能较快计算出各单元的安全系数大小，也能较好地预测围岩稳定性，在实际工程运用中能够为隧道施工提供指导意见。而在此项工程中，则建议采用WSS双液注浆工法，其能够快速提高土体稳定性和强度，确保孔隙得到充分填充，并减少注浆过程中可能产生的劈裂及破坏，在富水砂层条件下起到止水效果好，加固性能足的作用，从而提高了隧道开挖面的稳定性。 |
| 作者： | 周朋庆 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 吉小明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 广东工业大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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