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原文传递隧道—滑坡体系的变形机理及控制技术研究

论文题名：	隧道—滑坡体系的变形机理及控制技术研究
关键词：	隧道滑坡;坡体结构;受力变形;应力状态点;安全系数
摘要：	本论文以甘肃省交通科研项目-《武罐高速公路典型滑坡对隧道危害机制及防治技术研究》(No:200813)为主要依托，结合该院数十年的交通工程地质灾害防治经验，选取“隧道-滑坡体系的变形机理及控制技术研究”一题作为研究对象。采用了资料调研、理论分析、数值仿真试验、地质力学模型试验和现场测试相结合的研究方法，重点探讨建设期隧道和滑坡的变形特征与相互作用机理、隧道-滑坡体系的工程安全性评价以及变形控制技术等几个问题。　　(1)武罐高速公路沿线地形地质条件复杂，构造极为发育，分布大量滑坡、崩塌和泥石流等灾害，对线路影响较大，整体属于欠稳定场地。调查表明，武罐高速公路沿线分布各类滑坡54处，崩塌错落47处，还有很多规模大小不一的危岩体病害。以麻崖子梁（区域南北分水岭）为界，北段主要发育黄土类滑坡，以大中型浅层～中层为主;南段多发育第四系松散堆积层滑坡、基岩顺层或切层滑坡，规模巨大。根据武罐高速公路沿线隧道-滑坡病害的具体特征，将沿线隧道-滑坡的坡体结构类型划分为以下四类:堆积层-顺倾基座式坡体结构、堆积层-反倾基座式坡体结构、陡倾顺层坡体结构和陡倾切层坡体结构。针对上述类型，选取典型工点对其坡体结构特征分别进行了分析，为进一步深入分析开挖施工过程中滑坡的破坏模式奠定了基础。　　(2)以武罐高速公路典型隧道-滑坡为重点考察对象，初步建立了“隧道-滑坡体系”的概念，从“坡体结构、灾变诱发因素和隧道与滑坡的空间组合关系”几方面综合考虑，建立了以平行体系、正交体系和斜交体系为核心的较为完备的受力变形模式。选取“隧道穿越滑动带、隧道下穿滑体、平行体系下隧道穿越滑体和正交体系下隧道穿越滑体”四种具有代表性的基本模式，建立体系受力模型，主要以隧道作为承载体。对简化模型建立微积分方程并引入边界条件得到位移函数，通过位移、截面转角、弯矩、剪力之间的微分关系得到隧道支护荷载和变形的理论解。（创新点之一，详见第3、4章）　　(3)在进行隧道围岩安全性和滑坡体稳定性评价时，需要不断地根据围岩（坡体）中的应力或变形信息来评价其安全稳定状态。本项研究探讨了适用于隧道工程安全性和滑坡稳定性的点安全系数统一评价方法，跟踪开挖过程中该评价指标的空间分布规律和时间发展过程，为实现隧道-滑坡体系的工程安全性评价和支护优化设计奠定理论基础。数值分析和模型试验成果显示:整个坡体在试验预定的几个工况中是整体稳定的，但是局部破坏也会对工程造成一定影响，因此在工程中采用点安全系数来评价隧道-滑坡体系的变形机理和控制技术是比较合理的。（创新点之一，详见第5、6章）　　(4)以隧道-滑坡平行体系为研究对象，采用数值模拟、地质力学模型试验和现场监测测试相结合的方法开展隧道-滑坡体系的变形机理研究，主要得到以下几方面认识。①在三维数值计算成果的基础上，定义隧道围岩的应力状态点安全系数和滑面单元（接触面）的点安全系数，根据点安全系数的分布来判断围岩和坡体不同部位的稳定程度，从而分析隧道围岩和滑坡的变形机理;②隧道开挖使滑坡体的稳定状态和岩土体力学性质发生了变化，在雨水的作用下，坡体变得更不稳定;③隧道开挖应尽量保持两洞间必要的超前距离，有效减小施工扰动范围;④在穿越滑动带等特殊地质体时，最好采用一定的预加固措施，至少应做好应急预案。　　(5)以隧道-滑坡平行体系为研究对象，阐述了预加固技术的作用机理，提出了基于预加固理念的变形控制技术。认为控制或降低开挖过程中的变形是控制隧道-滑坡体系渐进性破坏的关键，因此需采用合理的预加固技术，包括预加固工程措施和科学的施工工艺工序。数值分析和地质力学模型试验综合分析表明:对隧道-滑坡体系的稳定性而言，开挖和降雨对滑坡的影响在一定范围之内，工程预加固的作用是最为明显的，对原体系性质有显著的改善和优化作用，但须注意支护结构要设计在合适的位置上;开挖方式亦在一定程度上决定体系的稳定状态，反向开挖优于正向开挖，正向开挖对隧道-滑坡体系的稳定性最为不利。（创新点之一，详见第6章）
作者：	吴红刚
专业：	岩土工程
导师：	马惠民
授予学位：	博士
授予学位单位：	中国铁道科学研究院
学位年度：	2012
正文语种：	中文