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公路隧道穿煤矿采空区段围岩稳定性分析
| 论文题名： | 公路隧道穿煤矿采空区段围岩稳定性分析 |
| 关键词： | 公路隧道穿煤矿;采空区段;围岩稳定性;FLAC3D软件;数值模拟 |
| 摘要： | 近年来，随着我国西南地区高速公路的不断兴建，频繁出现高速公路隧道不可避免要穿煤矿采空区的情况。公路隧道穿煤矿采空区可能对隧道围岩稳定性造成不利影响，导致隧道围岩失稳、坍方等事故发生。开展公路隧道穿煤矿采空区段围岩稳定性分析研究对保证隧道穿煤矿采空区安全施工有重要的工程意义。本文以巴岳山隧道穿煤矿采空区的工程实例为研究对象，通过理论分析、数值模拟以及隧道现场实测资料的互相验证，研究了公路隧道穿煤矿采空区段隧道围岩稳定性。主要研究成果如下： ①针对巴岳山隧道穿煤矿采空区工况，利用“三下”开采规程提供的相关经验公式初步判定了采空区对隧道围岩稳定性的影响程度，结果表明损坏等级为Ⅱ级，须对采空区进行处理。采用赤平极射投影法得出了隧道穿采空区段应力场主应力方向。在假设粘聚力在塑性区呈线性弱化的基础上，得到了隧道穿采空区段隧道围岩径向应力sr和切向应力sq的分布解析式以及隧道围岩塑性区范围计算式。 ②利用FLAC3D软件模拟了隧道穿采空区段和非穿采空区段施工工况，对比结果显示，同一埋深条件下，非穿采空区段围岩垂直应力沿隧道轴向大小相同，而穿采空区段则沿隧道轴向分布大小不均，具体为位于采空区上覆岩层的隧道围岩应力明显小于位于采空区下部岩层的应力。非穿采空区段围岩应力集中主要在隧道拱脚等处，集中系数k=2~3，而在采空区出露位置围岩应力集中更加明显，集中系数k=3~5。隧道穿采空区段围岩位移变形值是其它未受采空区影响段围岩位移变形的约5倍左右。隧道拱顶沉降、底鼓变形及水平收敛最大值均出现在采空区出露位置附近。隧道围岩塑性区半径约为2.6倍洞径，是非穿采空区段的约1.5倍。对隧道穿采空区段施工过程的模拟结果显示，位于采空区上覆岩层和下部岩层的拱顶沉降测点沉降值均较大，而底鼓和水平收敛测点位移变化较大值则主要集中在采空区下部岩层。 ③围岩监测断面1~6的拱顶下沉值最大值为46mm，水平收敛最大值为37mm，底鼓变形最大值为36mm，与数值模拟结果的相对误差分别为15％，20%和30%。隧道现场检测的塑性区范围约为3.1倍洞径，与理论计算结果相对误差8%，与数值模拟结果的相对误差为16%。理论计算和数值模拟结果与各项监控量测结果基本吻合。 |
| 作者： | 黄磊 |
| 专业： | 采矿工程 |
| 导师： | 李晓红 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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