不同倾角层理白云岩隧道围岩稳定性及悬空区锚杆支护优化

发布时间：2020-03-23 10:11

【摘要】：层理白云岩作为贵阳地区广泛赋存的一种沉积岩,其所含矿物成分复杂,天然裂缝及泥质发育,层理构造明显,致使岩体具有非均质性和各向异性,极大地影响着泥质白云岩隧道的稳定性。因此,有必要通过试验来研究泥质白云岩的力学特性,获取层理影响下泥质白云岩的强度特征及破裂形态。伴随贵阳轨道交通修建,研究白云岩隧道与层理不同交角下围岩应力分布特性、稳定性及破坏形态,探索不同破坏形态下可靠合理的支护措施,具有重要理论意义和工程价值。文章研究内容来源于国家自然科学基金“层理主控的白云岩隧洞围岩稳定性分析及支护对策研究”(51608141),依托贵阳轨道交通1号线火车站站-沙冲路站区间隧道(下称火-沙隧道)工程,采用室内试验和数值仿真计算研究方法,对层理白云岩力学特性及层理白云岩隧道围岩稳定性展开研究,主要工作内容如下:(1)基于火-沙隧道工程,采集含层理泥质白云岩,开展了巴西劈裂和单轴压缩试验研究,试验结果表明:不同层理倾角泥质白云岩,抗拉强度、抗压强度、劈裂模量及弹性模量等值均表现离散,易破裂层理倾角度为22.5°~45°,抗压强度均值约为抗拉强度均值为18.97倍,具有弹脆性破坏特征及硬岩特性,巴西劈裂试验下试件沿加载方向被劈裂成两半,但单轴压缩试验破坏形态有劈裂破坏、压剪滑移破坏和压碎破坏三种形式。(2)运用有限元软件对层理白云岩隧道围岩稳定性进行研究,分析了不同岩层倾角、白云岩岩层厚度、接触夹层厚度、接触夹层弹性模量、接触夹层内摩擦角及接触夹层粘聚力等六因素对隧道围岩稳定性的影响,发现:层理倾角22.5°工况下围岩位移最大,层间剥离明显,围岩塑性区集中于隧道悬空区域,接触夹层对围岩位移及塑性区扩展具有减弱效果,白云岩岩层厚度及接触夹层厚度对围岩位移影响视倾角不同而改变,增大接触夹层弹性模量可减小围岩位移,增大接触夹层内摩擦角对围岩位移影响较小,增大接触夹层粘聚力可减小围岩位移。(3)选取层理倾角22.5°、白云岩岩层厚度0.5m及接触夹层厚度0.05m等为主要参数构建数值模型,针对隧道围岩位移及塑性区集中区域-悬空区,提出锚杆加长不加密和加密不加长两种优化方案。经计算,锚杆加长不加密方案可有效减小悬空区围岩位移及塑性区,围岩应力分布更均匀化。
【图文】：

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加载方向与层理呈不同角度时的抗压峰值强度（图1.1）明显不同，垂直层理方向强度是平行层理方向强度的 1.75 倍，差异正是岩体层理特征所致。同层理角度下，层理岩体力学性质相近，具有横观各向同性特征。自然界中，，层理岩体多分布于沉积岩，物理力学性能独特，极具研究意义。图 1.1 不同层理角度下泥岩抗压峰值强度[1]贵州作为一个多山的省份，白云岩分布广泛，随着省内基础设施建设的增多，很多学者对白云岩展开了各种研究。贵阳地区白云岩主要组分是白云石，掺杂少量黏土、石英、长石及方解石，主要化学成分有碳酸镁钙、氧化铁、氧化铝、少量二氧化硅，外貌特征与石灰岩相似。白云岩按成因分类，可分为原生白云岩、次生白云岩和成岩白云岩。泥晶白云岩、微-细晶白云岩、内碎屑白云岩在野外较常见。泥质白云岩[2]是由粒径小于 0.0005mm 的细小碎屑物质及黏土矿物占比

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不同倾角层理白云岩隧道图
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U451.2;U455.71

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