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《中国地质大学》 2008年
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两郧大断裂区域隧道围岩稳定性分析

刘辉  
【摘要】: 我国是一个多山的国家,山地、丘陵、高原约占国土面积的69%,地形西高东低,自西向东呈现阶梯下降。这种复杂的地形严重阻碍了交通的发展。随着我国经济建设的不断提高,国家对西部经济发展的投资不断加大,交通问题变成了一个瓶颈要素。为此,国家提出建设国道主干线建设工程,加大对公路交通建设的投资力度。因此山区高速公路建设越来越多,这就势必涉及到隧道的建设问题。我国地形、地质构造的复杂,在隧道的建设中,不可避免的会遇到复杂的地质条件,如褶皱、断带、地震区等。在复杂的地质环境中,如何进行隧道的安全设计施工,准确分析隧道围岩的稳定性非常重要。 在建的十漫(湖北十堰~陕西漫川关)高速公路,线路总长100多公里,分布各类长短隧道28座。公路沿线穿越两郧大断裂控制区域,地质条件复杂,存在许多软弱破碎岩层及次级断层,以变质片岩为主要围岩的岩体中片理、节理、裂隙等各种结构面交相发育,对围岩的稳定性产生了不利的影响;同时各种地质灾害隐患存在,包括隧道偏压、围岩风化不均、区域构造应力以及围岩弱膨胀性的存在,导致隧道围岩多次发生大变形及塌方灾害,给隧道的安全施工带来了不便。 本文结合十漫高速公路隧道施工实践展开,以两郧断裂控制区岩体为研究对象,研究区域内构造地质、工程地质特点,通过对区域内构造形成历史和岩体工程力学性质的研究,初步分析区域岩体的稳定性。然后紧紧依托围岩特征及施工实践,分析围岩稳定性影响因素,并综合列举四个最主要的影响原因,借助理论分析和计算分析其具体影响,并结合典型隧道地段具体分析,同时采取合理的手段对计算结果进行验证,分析了其在实际中的适用性。针对施工前期及施工中由于围岩复杂导致分级结果偏差较大的事实,论文最后探讨了适合十漫实际的合理的围岩分级方法。 全文主要研究内容和结论有: (1)公路沿线区域地质的研究。通过对沿线隧道区工程地质条件的调查(包括岩性、地形地貌、构造特征、水文地质等),对区域地质情况进行分析。通过对区域内构造形成历史的分析,分析隧道断带的活动特征,以及受力变化特征,分析由此产生的应力场分布特点,并对区域内应力场的基本分布规律进行分析,初步评价隧道区域的区域稳定性。 (2)沿线岩体工程地质特性研究。通过岩体力学试验对岩体的力学性质和水理性质进行分析,分析岩体基本的力学、水理特性,对其变形特征、破坏方式进行分析。对沿线岩体的膨胀性进行试验分析,结合岩体的试验指标,判断岩体具有弱膨胀性,分析其膨胀特点。结合岩体结构面分级研究,将岩体结构面分为Ⅴ级,分述各级结构面的范围、特点,并对围岩整体稳定性进行分级评价。 (3)围岩稳定性影响因素分析。列出影响两郧断裂区域内隧道围岩稳定性的因素,简要分析其所起的作用。通过排除法,对沿线隧道进行筛选,选择其中受某种作用力影响较大的隧道或地段进行重点分析。 (4)针对沿线围岩特点,对稳定性影响最大的因素应力场条件、竖向荷载、偏压荷载和膨胀力分别进行分析,研究其在大断裂影响破碎围岩中分布的特点,以及其在十漫公路隧道围岩中的影响特征。选取典型隧道地段进行分析,并对理论分析结果采取合理的手段进行验证,进一步研究其适用性。针对两郧断裂逆断层特征,从岩体力学角度分析断层形成机制,以分析逆断层形成的应力场特点,并分析其对隧道围岩稳定的影响;针对大断裂影响的破碎围岩特点,分析隧道荷载特别是竖向荷载的计算确定方法,采用泰沙基折减自重模型计算理论对竖向荷载的大小进行计算,并通过现场压力测试结果验证计算结果的准确性,探讨其现场适用性;对沿线分布广泛的偏压隧道的偏压计算方式进行探讨,分析规范法计算理论的不足,并提出针对性的改进措施,将其应用在火车岭隧道的计算中,然后借助FLAC3D软件对偏压的计算结果进行验证,分析其计算的准确性;结合沿线隧道围岩弱膨胀性特征,对围岩的膨胀机理、特点进行分析,并以云岭隧道底鼓变形为例,分析岩体膨胀在其变形破坏中产生的影响。 (5)针对十漫隧道围岩破碎,难以准确分级的特点,研究适合的分级方法。引入模糊数学理论,建立适合十漫沿线围岩的模糊信息分级模型,并将其在实际中进行应用,研究其在大断层地带的适用性,从而探讨在大断裂区域的隧道破碎围岩中的合理分级方案。 总之,论文以十漫高速公路沿线隧道建设为依托,以沿线两郧断裂影响区内围岩特点为研究对象,采用室外地质踏勘,室内理论分析、资料整理及试验研究相结合的手段,对沿线隧道围岩稳定性情况进行了分析,对可能对隧道稳定性产生影响的因素进行了综合归类,并对各种影响情况进行了专门的计算,同时应用于十漫隧道实践中,结合合理的手段对计算结果进行了验证,分析其最终可能产生的影响。论文最后对适用于大断裂影响的围岩分级方案进行了探讨,并结合应用结果对其适用性、准确性进行了分析。从中可以看出,论文对两郧大断裂影响区内的隧道围岩稳定性研究,以及围岩分级方案研究,紧密结合工程实际,能够经起实践的检验,其研究结果对于同类的工程实践,具有一定的参考价值。
【学位授予单位】:中国地质大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:U452.12

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 刘永江;平榆高速公路狮子凹隧道水平岩层围岩稳定性研究[D];长安大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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7 张磊;石太客运专线越岭特长隧道地应力场特征研究[D];西南交通大学;2006年
8 曾杰;走马岭隧道岩体结构特征及围岩稳定性研究[D];重庆大学;2006年
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10 程曙光;偏压隧道施工及病害处治技术[D];同济大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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9 刘勇健,李子生;岩土工程位移反分析的智能反演综述[J];地下空间;2004年01期
10 李忠,曲力群,栾晶晶;西康线鱼洞峡隧道岩溶形成机理及发育特征研究[J];地下空间;2004年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 林达明;尚彦军;孙福军;孙元春;吴锋波;刘志强;;岩体强度估算方法研究及应用[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(中)[C];2012年
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3 曾宪友;刘国印;孙国锋;姚新年;吕文德;马瑞申;秦百青;;北秦岭构造带(河南段)银铅锌(钼)深部找矿靶区优选[A];河南地球科学通报2008年卷(上册)[C];2008年
4 金守文;;诠释大庙组[A];河南地球科学通报2009年卷(上册)[C];2009年
5 巩庆伟;韩振林;黄永星;;板厂铜矿区地质特征及找矿方向初探[A];河南地球科学通报2011年卷(上册)[C];2011年
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7 赵晖;屈春来;王可佳;;水厂铁矿修改设计边坡稳定性研究[A];2011年中国矿业科技大会论文集[C];2011年
8 王超;赵自豪;陈世江;伍永平;;西部深井软岩巷道围岩变形失稳的FLAC数值分析[A];2011年中国矿业科技大会论文集[C];2011年
9 亓荣强;;弱胶结软岩巷道支护实践与合理支护形式探讨[A];第七次煤炭科学技术大会文集(上册)[C];2011年
10 陈培善;白彤霞;;根据构造环境剪应力场区分地震和核爆炸[A];第五届全国MTS材料试验学术会议论文集[C];2001年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 魏风清;煤与瓦斯突出的物理爆炸模型及预测指标研究[D];河南理工大学;2010年
2 王猛;煤矿深部开采巷道围岩变形破坏特征试验研究及其控制技术[D];辽宁工程技术大学;2010年
3 李刚;水岩耦合作用下软岩巷道变形机理及其控制研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
4 张永安;滇中红层路堑边坡与路堤稳定性研究[D];昆明理工大学;2010年
5 张莉丽;裂隙岩体渗透典型单元体存在性[D];中国地质大学(北京);2011年
6 郭佳奇;岩溶隧道防突厚度及突水机制研究[D];北京交通大学;2011年
7 张晓峰;井中裂缝的定量表征及其应用研究[D];吉林大学;2011年
8 王辉;珠三角花岗岩残积土边坡稳定性分析及非线性预测[D];吉林大学;2011年
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10 刘钦;炭质页岩隧道软弱破碎围岩大变形机理与控制对策及其应用研究[D];山东大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 苏发强;新义煤矿三软煤层巷道围岩稳定与支护技术研究[D];河南理工大学;2010年
2 唐杰兵;平煤十一矿软岩破坏巷道修复治理研究[D];河南理工大学;2010年
3 魏明俐;深部软岩巷道围岩稳定性分析与控制技术研究[D];山东科技大学;2010年
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6 刘心广;济二煤矿深部巷道支护技术及应用研究[D];山东科技大学;2010年
7 彭玉平;膨胀性充填裂隙水力特性数值模拟[D];郑州大学;2010年
8 司友深;膨胀岩膨胀特性及抗剪强度参数研究[D];郑州大学;2010年
9 杨素娟;南水北调工程芳芝段开挖渠道边坡稳定敏感性分析[D];郑州大学;2010年
10 张美政;复合结构柔性反底拱应用于软岩峒室稳定性控制研究[D];山东农业大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张维明;;马家沟隧道施工方案比较[J];山西建筑;2008年34期
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10 刘茂兵;;八字岭隧道施工方案设计[J];科技资讯;2008年01期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 王海涛;隧道管棚预支护体系的力学机理与开挖面稳定性研究[D];大连理工大学;2009年
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1 顾义磊;西山坪近水平煤系地层隧道围岩稳定性研究[D];重庆大学;2003年
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5 单士军;软弱围岩公路隧道开挖支护施工过程研究[D];西南交通大学;2005年
6 孙爱花;大型节理岩体洞群在地下水作用下的围岩稳定性分析[D];山东大学;2005年
7 王建华;深埋隧道软弱围岩与初期支护相互作用研究[D];重庆大学;2005年
8 赵建平;浅埋暗挖隧道管棚预支护机理及其效用研究[D];中南大学;2005年
9 焦红星;高地应力区隧洞围岩稳定性分析[D];河海大学;2006年
10 张乐中;水平岩层地区隧道围岩稳定性研究[D];长安大学;2006年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 李晓明;型钢骨架钢板混凝土壁筒在隧道施工中的应用与分析[D];合肥工业大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前4条
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中国博士学位论文全文数据库 前5条
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7 董鸣皋;基于AHP住宅设计多指标模糊优选技术及计算机决策模型设计[D];西安理工大学;2003年
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7 马天辉;唐春安;李术才;王汉鹏;梁正召;;八字岭隧道围岩稳定性的强度折减法分析[A];第九届全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2006年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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8 姚强;西攀、攀田高速公路隧道围岩稳定性研究[D];成都理工大学;2008年
9 杨兴利;港口连拱隧道围岩稳定性分析及开挖模拟研究[D];西安科技大学;2007年
10 索巍;姚家山隧道围岩稳定性分析[D];西安科技大学;2009年
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