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三峡引水工程秦巴段深埋长隧洞开挖地质灾害研究

何锋  
【摘要】: 本文结合实际工程,在收集、分析前人研究结果的基础上,通过野外地质调查,室内试验测试分析和模型计算,运用工程地质学、岩体力学等多学科理论和方法,开展三峡引水工程秦巴段深埋长隧洞开挖地质灾害方面的研究工作,在项目组各位老师和同学的协助下,重点研究:(1)三峡引水工程秦巴段区域稳定性和活动断裂;(2)区构造应力场和秦岭特长隧道段隧道围岩应力场分布特征及其三维有限元的仿真模拟;(3)三峡引水工程秦巴段线路工程地质条件和问题;(4)三峡引水工程秦巴段隧洞岩爆、突水、大变形研究;经过2年多的研究取得了以下初步进展和认识: 1、运用工程地质力学的基本理论,以具体工程为例,初步提出了较为系统、全面的、适用于条件差、地质复杂、资料少等可行性研究阶段的深埋长大隧道主要地质灾害预测研究的思路和方法;提出隧道地质灾害预报具有明显的阶段性及其预测研究的基本思路。 2、区域现今应力场分析表明:①现今区域应力场方向以NNE向挤压为主,与SN向输水隧道成小角度相交,有利于隧洞的稳定性。②现今最大主压应力量值一般都随深度增加而增加。在离地表100m范围以内,最大主压应力值在16MPa以下;在距地表100—500m范围内,地应力值不超过30MPa。 3、三峡引水工程秦巴段线路工程地质条件比较复杂,横向断裂多、岩体变形较破碎、局部软弱夹层多。隧洞开挖存在的主要地质灾害是岩爆、大变形和突水。特别是①秦岭特长隧洞埋深600—1700m,开挖过程中的岩爆灾害将比较突出;②大巴山南部的断裂带和岩溶突水问题比较严重。 4、在系统总结分析影响岩爆发生8大因素的基础上,提出以岩石单轴抗压强度R_c与最大主应力σ_1的比值作为判别三峡引水工程秦岭特长隧洞岩爆发生的指标,着重预测了秦岭特长输水隧洞岩爆灾害发生的地段与烈度等级,并对引水工程秦巴段全线可能发生岩爆的区段作出预测。结果表明:①汉江以南的大巴山地区,发生强岩爆的地段少,只有局部厚层白云岩有可能发生小规模岩爆。②汉江北部的凤凰山隧道一带局部可能发生强岩爆,强岩爆可能集中在深埋隧道3—5km的范同内。②秦岭主峰附近深埋隧道发生强岩爆的可能性很大,发生强岩爆的分布范围长达50km左右,其中,秦岭主峰的20km左右范围尤其需要注意。其它大部分地段发生强岩爆的可能性很小。 5、三峡引水工程秦巴段隧洞可能发生突水地段预测评价结果表明:秦巴段沿线隧道施工可能发生突水的地段比较多,其中,可能发生大规模突水的地段主要集中在大巴山的断层带与岩溶复合控制地段,特别是大巴山南麓的两河口—岔溪口之间的前河隧道、大巴山北部毛坝—汉江的洪家山隧道需要重视大规模岩溶突水灾害;秦岭深埋隧道主要是断裂带和节理密集带突水,以中等规模为主,局部断裂交叉部位可能存在大规模突水过程。 6、秦巴地区从南向北的主要软弱岩土体类型包括:四川盆地的侏罗纪泥岩、大巴山地区的志留系泥质岩,秦岭造山带中的元古界片岩(云母片岩、绿泥石片岩、滑石片岩)和劈理化板岩,古生界的千枚岩、板岩、炭质页岩,月河盆地的白垩纪泥岩、胶结程度不高的断层破碎带及第四纪粘土等都是容易发生大变形及其相关灾害的软弱夹层。


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