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原文传递节理岩体中特大断面小净距隧道围岩稳定性研究

论文题名：	节理岩体中特大断面小净距隧道围岩稳定性研究
关键词：	节理岩体;特大断面;小净距隧道;隧道围岩;围岩级别;围岩压力;中间岩柱;计算方法;施工;依托工程;合理净距;断层;围岩松动区;隧道稳定性;压力计算;围岩失稳;尖点突变理论;节理发育;基于过程;整体稳定性
摘要：	岩体是由许许多多的裂隙、节理、弱面以及断层等所组成的复合结构体，其中节理是岩体中最为普遍存在的结构面，通常把含有大量随机分布节理的岩体称为节理岩体，节理岩体中由于节理的存在破坏了岩体的整体性，同时节理的存在对隧道的整体稳定性有着显著的影响，本文结合福州长乐国际机场高速公路二期工程魁岐2号特大断面小净距隧道的工程特征，通过理论分析、室内试验、数值模拟和现场监控量测的方法和手段，对节理岩体中特大断面小净距隧道设计和施工过程中所关心的若干问题进行了分析和研究，完成了以下主要研究工作：　　 (1)结合现行公路隧道中破碎节理岩体中围岩压力的计算方法，并针对特大断面小净距隧道分步施工的特点，分析了节理岩体中基于过程荷载的特大断面小净距隧道荷载分布模式，即考虑特大断面小净距隧道分步施工方法的围岩压力计算理论，并分别给出了节理岩体中基于过程荷载的特大断面小净距隧道浅埋和深埋条件下围岩压力计算方法，该方法能够反映分步开挖尺寸、开挖顺序对特大断面小净距隧道荷载大小的影响；利用研究所得到的基于过程荷载的围岩压计算方法，对依托工程魁岐2号特大断面小净距隧道进行了围岩压力计算，并与现场监控量测数据进行了对比分析。　　 (2)破碎节理岩体中深埋条件下隧道围岩压力的主要计算方法是普氏理论，而普氏理论中围岩压力大小最终可归结为松动区的范围。通过对《公路隧道设计规范》中围岩分级过程的分析得到了节理发育程度与围岩级别的关系。根据节理岩体中松动区的具体特征，提出了节理岩体中围岩松动区范围的确定标准，并结合节理发育程度与围岩级别的关系，对不同围岩级别中节理发育程度对围岩松动区范围的影响程度进行了研究，同时分析了节理展布特征与围岩松动区形状的关系。　　 (3)结合依托工程现场实际施工情况，分析了节理岩体中特大断面小净距隧道不同围岩级别中最优施工方案：Ⅴ级围岩中优先选用双侧壁导坑法施工，Ⅳ级围岩中优先选用CRD法施工，Ⅲ级围岩和Ⅱ级围岩中分别可选用中壁法和台阶法施工。在对小净距隧道合理净距取值的判定准则总结和分析的基础了，并针对节理岩体中隧道失稳是塑性破坏和拉破坏共同作用的特征，提出了节理岩体中特大断面小净距隧道合理净距取值的判定准则，即以合理的施工方案为前提，仅在常规初期支护状态下，隧道中间岩柱围岩应避免围岩破坏区域(塑性破坏和拉破坏)贯通。　　 (4)根据所提出的节理岩体中特大断面隧道合理净距取值的判定标准，并结合隧道围岩特征位移与不同净距的变化规律，得到了依托工程魁岐2号特大断面小净距隧道不同围岩级别中合理的净距取值：Ⅴ级围岩中D≥0.6B，Ⅳ级围岩D≥0.5B，Ⅲ级围岩D≥0.4B，Ⅱ级围岩D≥0.3B较为适宜。结合本隧道不同围岩级别的长度指出该隧道最小净距不宜小于11.94m，而该隧道中间岩柱的实际厚度为11.7m～15.3m，实际隧道净距与研究所得到的合理净距非常接近。基于可靠度理论，在提出的节理岩体中中间岩柱可靠度计算方法的基础上对依托工程魁岐2号特大断面小净距隧道不同围岩级别中中间岩柱的可靠性进行了分析。　　 (5)突变理论能揭示岩体破坏的机理和过程，更能逼近岩体破坏的实质，该理论的发展为节理岩体中隧道围岩失稳机理分析提供了新的分析手段。根据节理岩体中岩块的赋存状态，将节理岩体中隧道开挖后顶部岩块简化成“简支梁”力学模型，基于尖点突变理论对节理岩体中隧道顶部围岩失稳机理进行了分析并得到了围岩失稳的条件。　　 (6)节理岩体中断层作为一个低强度、易变形、透水性大、抗水性差的软弱带存在，对隧道稳定性有重要的影响，同时断层活化失稳也是一个突变过程，基于尖点突变理论得到断层突变失稳的条件为弹性性质区段介质的刚度小于应变弱化性质区段介质的刚度。通过对节理岩体中断层对特大断面小净距隧道稳定性影响分析发现，断层的存在使初始围岩应力不再呈水平层状分布，而且在断面附近出现一定程度的应力集中现象，同时断层对隧道稳定性的影响具有局部性，而当中间岩柱中存在断层时对小净距隧道整体稳定性的影响最为严重。
作者：	蒋坤
专业：	结构工程
导师：	夏才初
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文