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原文传递大埋深引水隧洞穿越断裂带围岩变形规律及稳定性评价研究

论文题名：	大埋深引水隧洞穿越断裂带围岩变形规律及稳定性评价研究
关键词：	大埋深引水隧洞;断裂带;围岩变形;数值模拟;稳定性评价
摘要：	随着我国越来越重视水资源的可持续开发利用，水利水电工程项目的建设正在迅猛发展。而大埋深引水隧洞作为长距离调水工程中的一项重要手段，在实际施工开挖过程中经常会遇到各种复杂多变的不良地质条件，其施工风险大、施工难度高，断裂带就是其中较为典型的一类不良地质现象，极易引发大变形甚至坍塌等地质灾害。因此，研究大埋深引水隧洞穿越断裂带围岩变形规律及其影响因素，开展隧洞穿越断裂带围岩稳定性评价具有十分重要的理论意义和工程应用价值。本文以滇中引水工程香炉山隧洞为工程背景，通过变形监测和地质探测对工程现场的地质条件进行了综合分析，结合三维离散元数值模拟方法对隧洞穿越断裂带围岩变形规律及其影响因素进行了研究，并基于可拓物元法和模糊综合评价法对隧洞穿越断裂带围岩稳定性等级评价展开了研究。本文的主要研究工作及结论如下: 　　(1)依据施工现场的工程地质资料，对研究区的工程地质条件和不良地质条件进行了分析，结合现场监控量测，采用超前钻探法、地质雷达法、隧道地震波法以及激发极化法相结合的综合超前地质预报方法，对研究隧洞穿越断裂带区域进行了变形监测和地质探测，分析了隧洞穿越断裂带区域的地质情况。结果表明，研究隧洞断裂带区域围岩整体松散破碎、节理裂隙发育、围岩强度低，开挖时极易发生大变形甚至垮塌等现象,其施工难度大、安全风险高。　　(2)通过建立隧洞穿越断裂带的开挖数值模型，研究了隧洞拱顶、拱底、拱腰两侧的围岩变形规律，进一步分析了隧洞在穿越不同断裂带宽度、倾角、走向以及隧洞埋深工况下对围岩变形的影响。研究表明，由于断裂带区域的存在，围岩的垂直位移和水平位移发生了明显的改变，越靠近断裂带核心区域，隧洞拱顶、拱底和拱腰两侧围岩的变形越大，在断裂带中心区域附近围岩的变形达到最大值;在隧洞穿越断裂带围岩变形的影响因素中，随着断裂带宽度和隧洞埋深的增大，围岩的垂直位移和水平位移越大;随着断裂带倾角的增大，围岩的垂直位移和水平位移越小，在倾角为45°和90°时取得两个极值;随着断裂带走向的增大，围岩的垂直位移和水平位移变化相差不大。对于拱顶沉降，其综合因素影响程度从小到大依次为断裂带走向、断裂带倾角、断裂带宽度、隧洞埋深。　　(3)根据三维离散元数值模拟研究结果，结合工程现场实际情况，使用可拓物元法和模糊综合评价法对隧洞穿越断裂带围岩稳定性等级评价展开了研究，选取了断裂带宽度、断裂带倾角、断裂带走向、隧洞埋深以及到断裂带中心的距离5个评价指标，采用组合赋权法确定了各评价指标的权重，基于可拓物元法和模糊综合评价法分别建立了隧洞穿越断裂带围岩稳定性评价模型，并选取了10组香炉山隧洞穿越断裂带围岩稳定性等级的样本数据进行了评价预测。结果表明，基于模糊综合评价法所建立的评价模型偏于安全，基于可拓物元法所建立的评价模型更符合工程实际，其应用效果更好、准确性更高。
作者：	吴滔
专业：	土木水利
导师：	张乐文
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2023