降雨入渗条件下南宁地铁膨胀岩隧道的稳定性分析

发布时间：2020-03-28 12:05

【摘要】：膨胀岩土是一种水敏感性极强的材料,在降水入渗作用下,因湿度变化而产生明显的体积变化,变形受约束时产生较大内应力且对约束其变形的相邻结构产生作用力,这将对穿越其间的盾构隧道及围岩的工程力学特性产生负面影响。研究降雨入渗对膨胀岩隧道及围岩的力学与渗流特性的影响具有重要的理论意义和工程应用价值。本文以南宁市轨道交通一号线工程穿越膨胀性泥岩的区段为依托,通过数值模拟与室内模型试验相结合的方法,分析研究了雨水入渗对膨胀岩隧道及其围岩渗流场与应力场的影响。本文的主要研究工作如下:(1)根据工程所在地的气候条件、水文地质与工程环境,对膨胀岩的胀缩性与裂隙性进行机理分析。取样工程所在地的膨胀岩土样,进行室内试验获取膨胀岩的基本物理力学参数,并拟合回归得到膨胀力变化规律,为后续数值模拟提供依据。(2)以非饱和土基本理论与非饱和渗流理论为基础,总结了降雨入渗条件下非饱和土体渗流体系。结果表明,地表面、裂隙底部、地下水位上方成为雨水主要积聚位置,这些位置土体的基质吸力减小从而削弱土体抗剪强度。膨胀岩土体的裂隙分布和裂隙形态均是影响土体稳定性的因素。(3)依托膨胀性泥岩隧道实际工程,通过软件FLAC2D模拟降雨条件下非饱和膨胀岩的入渗过程,建立不同裂隙形态、渗流条件、岩层组合条件下的膨胀岩隧道的数值模型,讨论各因素对雨水入渗-隧道-膨胀岩围岩系统的影响。结果表明,裂隙会加速雨水入渗;降雨荷载的增加与地下水位上涨,均会降低土体的承载力,地表沉降量加大;降雨强度超过一定的值时,雨水将不会完全下渗。短时间的小降雨不会明显影响土体地下水位,而长期的小降雨会使隧道结构有一定的安全隐患。(4)根据室内小比尺试验的数据,验证雨水对膨胀岩隧道及其围岩的力学与渗流特性的作用。结果表明,土体含水率的改变受水源距离、降雨时间、降雨强度及地下水位等因素影响。降雨入渗过程,膨胀泥岩对盾构管片产生了显著的膨胀力作用,两侧盾构管片向隧道内部位移;而非膨胀岩土中隧道管片两侧位移很小。围岩土体含水率越大,其对管片的作用力也越显著,管片变形量越大。
【图文】：

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南宁市膨胀岩土分布情况

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c）遇水崩解的膨胀岩 d）膨胀岩层中鸡窝状铁锰“锅巴”层图 2-2 工程现场膨胀岩土照片2.2 工程概况南宁市轨道交通一号线是广西壮族自治区南宁市第一条建成运营的轨道交通线路，是南宁市重点建设项目。该线路沿线全长 29.5km，其中穿越南宁市第三系半成岩区域长达 6.9km。沿线盾构隧道采用土压平衡盾构机开挖，隧道为圆形结构，外径 6m，内径5.4m，衬砌结构厚 0.3m。沿线的岩层由新到老依次为第四系覆盖层和第三系岩层，其中第四系覆盖层主要为第四系填土层①，第三系岩层主要为泥岩、粉砂质泥岩层⑦1和粉砂岩、泥质粉砂岩层⑦2，，地质断面图如图 2-3。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U455.49;U231.1

【参考文献】