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《中南大学》 2001年
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隧道开挖地质灾害规律与防治对策研究

杜炜平  
【摘要】: 隧道开挖灾害研究必然以地质因素为其主要研究对象。本文以硬岩隧道开挖工程区域岩体(石)的各向异性研究为起点,从不同类型断层为主要构造形迹的应力分布特征出发,并结合隧道地下涌水灾害,系统研究隧道开挖的地质灾害类型,以宏观表象、主控因素、灾害机制及防治对策为主要研究内容,全面深入研究旨在为隧道开挖期间防灾、减灾提供理论基础与技术路线。 论文以原生型各向异性物质特征为基础,以岩体横观各向同性为假设条件,利用前人的理论研究结果,对于隧道开挖在此类各向异性岩体中的破坏特征进行了分析和总结,提出了不等强支护的策略技术。 本文针对不同性质的断层作用于隧道围岩的不同灾害类型及力学机制,根据研究需要,将断层分为正断层、平移断层与逆断层三大类;从正断层区域的应力状态出发,定义了正断层区域节理岩体中隧道开挖的灾害类型为结构型破坏并对其进行分类;利用块体理论的思想方法研究隧道破坏过程,将岩块向临空面滑移分为三种形式:塌落、沿单面滑移和沿两面滑移,并系统研究三种滑移的力学机制;隧道支护以工程岩体分类为基础,提出隧道支护系统的建立应以主动支扩与被动支护相结合为主导思想;在研究正断层区域应力分布以自重应力为主应力的基础上,提出确定隧洞断面形状的“谐硐”原则,尝试性地提出隧道工程开挖灾害防治的工程应用程式。 在分析平移断层的原岩应力状态特征的基础上,讨论断层充填物中泥化夹层的形成机制与过程,系统研究泥化夹层的分布规律,及不同的岩性组合、夹层厚度、两壁硬岩层起伏差与构造运动对泥化夹层分布的影响;从理论上深入研究泥化夹层中水膜面的成因及特殊的力学机制,水膜面的不连续系数K_d对水膜面力学性质的影响;水膜面的形成使泥化夹层的强度降低了一个数量级之多,当水膜面消失后,泥化夹层抗剪强度又回复到其初始值;定义了隧道的灾害类型为应变型破坏;给出了引起隧道变形灾害的净荷载F公式。 以地质构造应力场的研究现状为前提,综合研究大量的地质资料,得出逆断层区域地应力场的变化规律;借助构造应力的概化手段,提出隧道工程区域构造应力概化的思路模型;对某地下工程区域进行地应力现场量测,编写了三维应力量测应用程序。逆断层区域集中有较高的构造应力,从而使岩爆为其典型的灾害之一。本文根据人类地下工程的不同特点将岩爆分为6大类,逆断层区域隧道岩爆列属其中;建立断层两盘不同的岩性组合,即互层状、互列状与平行裂隙岩体的岩爆研究力学模型,规律性的研究为隧道岩爆的预测与防治提供了指导;文中结合岩爆预测核心内容,作出易于操作的逆断层区域隧道岩爆综合预测的程式和方法。 本文以唯象学为基础建立双孔变形渗流耦合模型,借助孔隙裂隙弹性理论,深入研究裂隙与孔隙之间的流体压力与固体变形之间的耦合关系,研究裂隙与孔隙之间的流体流动与双孔压差的关系;并结合Darcy定律研究双孔的瞬时位移量和流体压力随时间的变化规律:渗透性控制着双孔效应。研究表明,孔隙基质与裂隙之间因刚性差产生了一定的压差, 中南大学博士学位论文 隧道开挖地质灾害规律及防治对策研究 双孔之间的流体转换及其应变效应使这种压差消失而达到一种新的平衡结构,隧道开挖破 坏了这种平衡从而使双孔中的流体在渗透与流动过程中而涌入隧洞:据此本文研究了预测 隧道涌水的理论与经验解析法,并提出隧道涌水预测研究的工作程式。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:U452

【引证文献】
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1 贺跃光;工程开挖引起的地表移动与变形模型及监测技术研究[D];中南大学;2003年
2 王齐仁;隧道地质灾害超前探测方法研究[D];中南大学;2008年
3 鲁光银;隧道地质灾害反射波法探测数值模拟及围岩F-AHP分级研究[D];中南大学;2009年
4 李忠;在建铁路隧道水砂混合物突涌灾害的形成机制、预报及防治[D];中国矿业大学;2009年
5 张前进;基于TSP多波关系的围岩稳定性等级判定方法研究[D];中国地质大学(北京);2013年
6 杨艳娜;西南山区岩溶隧道涌突水灾害危险性评价系统研究[D];成都理工大学;2009年
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【参考文献】
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【共引文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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【同被引文献】
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【二级引证文献】
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5 吉小明;王宇会;阳志元;;隧道开挖问题中的流固耦合模型及数值模拟[A];第九届全国岩土力学数值分析与解析方法讨论会论文集[C];2007年
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7 刘天哲;李红卫;王宇;;坡体病害地段的隧道变形机理分析[A];第十一届全国土力学及岩土工程学术会议论文集[C];2011年
8 李誉;杜静;张清;;隧道爆破开挖对既有近距离隧道影响的动力分析[A];中国土木工程学会隧道及地下工程学会第九届年会论文集[C];1996年
9 覃宁章;荆素亮;杨立峰;;浅淡长河坝水电站金康隧道Ⅰ标延伸段不良地质段施工措施[A];中国土木工程学会第十五届年会暨隧道及地下工程分会第十七届年会论文集[C];2012年
10 赵幸源;;隧道爆破开挖动力分析模型和有关参数的选取与分析[A];岩石力学在工程中的应用——第二次全国岩石力学与工程学术会议论文集[C];1989年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 唐爱众张君 石治荣;浏阳河隧道六大技术难题咋破解?[N];科技日报;2007年
2 徐景明;翔安隧道挺进“最深点”[N];厦门日报;2008年
3 阳光 李华坤 王冰炎;见证中国隧道产业发展的力量[N];中国建设报;2011年
4 通讯员 陈勇 王雪峰;“走出去”海阔天空[N];中华建筑报;2011年
5 特约通讯员 张智海 皇甫振明;十五局集团科技之光耀金陵[N];中国铁道建筑报;2006年
6 党承胜 俱六五 曹雪萍 刘霞 孙厚鸣 王昌尧;滇西逐鹿[N];中国铁道建筑报;2007年
7 通讯员戴燕 高仕红;青兰高速大跨径扁平隧道主体开挖完成[N];中国铁道建筑报;2009年
8 刘福昌;十四局新松树湾隧道攻坚凯歌初奏[N];中国铁道建筑报;2001年
9 刘宇鑫;10号线隧道穿越城铁实现零沉降[N];北京日报;2007年
10 司高志 潘强 陈国雄;巨龙穿山聚精彩 路与自然共和谐[N];中国交通报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 吴翔天;隧道开挖对桩基承载性状的影响分析及试验研究[D];西安科技大学;2013年
2 杜炜平;隧道开挖地质灾害规律与防治对策研究[D];中南大学;2001年
3 张俊峰;软土地区基坑对下卧隧道变形的影响与控制研究[D];上海交通大学;2013年
4 万明富;超大跨公路隧道开挖力学行为研究[D];东北大学 ;2009年
5 黄强;基于黏弹性理论的隧道围岩应力分析研究[D];武汉理工大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 朱麟晨;窑头2号隧道进口段斜坡不良地质体与隧道相互作用机理的研究[D];西南交通大学;2009年
2 熊雄;基于有限元模拟和贝叶斯网络的隧道开挖风险分析[D];清华大学;2008年
3 王柱;地铁隧道开挖对刚性桩基变形影响研究[D];西安理工大学;2005年
4 邢宾;隧道开挖引发的地表变形对上部建筑物的影响研究[D];青岛理工大学;2010年
5 吴边;长山隧道项目建设过程管理研究[D];西南交通大学;2011年
6 郭世博;地铁隧道开挖对邻近建筑物群桩基础的影响分析[D];合肥工业大学;2014年
7 徐建国;矿山法隧道开挖安全性研究[D];华中科技大学;2011年
8 徐德军;清水隧道蚀变带围岩变形机理与控制技术研究[D];西南交通大学;2012年
9 丁伟;公路隧道开挖过程的数值模拟分析及研究[D];长安大学;2008年
10 王妍;隧道开挖引起的地层沉降及对近接桥桩的影响[D];北京工业大学;2007年
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