软质片岩隧道大变形控制技术与研究.pdf

华
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通
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2014
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摘要
软质片岩隧道大变形控制技术研究
摘要
随着国家基础建设不断发展,越来越多的公路、铁路向山区延伸,为了缩短里程和
保护沿线自然环境,隧道便成为其主要的设计形式之一。由于地质条件的复杂性,使得
现有的隧道工程技术尚不能完全解决工程中所遇问题,例如高地应力、仰拱隆起及软岩
大变形等问题。目前,软岩大变形规律已经成为软岩隧道建设中研究的热点问题,在软
岩隧道工程施工过程中控制围岩大变形往往是软岩隧道修建成功的关键。由于软岩隧道
围岩变形特征的复杂性,使得软岩隧道大变形控制技术仍然处于争议和探索阶段。本文
以某软质片岩隧道为工程依托,对软质片岩隧道围岩变形规律及其大变形控制技术进行
系统的分析。全文的主要研究内容和结论有:
(1)在分析软质片岩的岩性、工程力学特性及软质片岩受力变形特点的基础上,
研究软质片岩隧道围岩大变形影响因素及其大变形特征。
(2)根据前人的研究发现,软岩具有明显的流变特性,且其流变主要表现为蠕变
变形;本文在分析了软岩的蠕变变形规律和本构模型的基础上,结合该隧道软质片岩围
岩的变形规律,发现 Burgers 蠕变本构模型较为符合软质片岩的变形特性。
(3)鉴于 FLAC3D 数值模拟软件在岩土工程上的应用及其在大变形分析上的优势,
本文采用 FLAC3D 软件对软质片岩隧道进行数值模拟;由于软质片岩隧道结构面和节理
裂隙发育,加上施工扰动作用及遇水软化等特点,将所选取的模拟区段围岩简化为各向
同性材料。
(4)在对所选取的五种开挖工况分别进行模拟后发现:等台阶()长度下二
台阶法和三台阶法开挖对围岩的变形和应力影响较小;超短()台阶开挖,能有效
减小围岩的应力和变形;预留核心土能有效控制掌子面和拱顶的变形,增强掌子面的稳
定性,但其对拱顶部位的塑性区影响较大。
(5)对超前小导管模拟发现:超前支护能使拱顶部位形成一个承载拱,有效的控
制拱顶的变形;而在超前小导管施工中改变小导管的倾角虽对围岩的稳定性起到一定的
作用,但其效果并不明显。对系统锚杆的模拟发现:锚杆的长度对于其在软岩中的作用
是非常明显的,选择适当长度的锚杆能起到经济高效的效果。
(6)蠕变作用是解释软岩隧道围岩与支护结构相互作用的重要理论,本文从蠕变
理论着手,并通过现场隧道围岩和不同支护构件的长期受力变形监测,初步分析了支护
结构初期的变形受力特点及其受岩体作用下的长期稳定状态。
关键词:软质片岩,蠕变,大变形,数值模拟
I
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Abstract
LARGE SOFT SCHIST TUNNEL DEFORMATION CONTROL TECHNOLOGY
RESEARCH
ABSTRACT
With the continuous development of the national infrastructure, more and more highway
and railway extended to the mountainous areas, in order to shorten the mileage and protect the
natural environmen