[博士]隧道开挖地质灾害规律与防治对策研究

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[博士]隧道开挖地质灾害规律与防治对策研究
　　学科专业： 岩土工程
　　授予学位： 博士
　　学位授予单位：中南大学
　　学位年度：2001
　　 隧道开挖灾害研究必然以地质因素为其土要研究对象。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。
　　 本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；刹用块体理论的思想方法研究隧道破坏过程，将岩块向涵空面措移分为三种彤式：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护与坡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，堤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佃规律，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局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下公式。
　　 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测量，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届其中；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闻的耦合关系，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Darey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，孔隙基质与裂隙之问因刚性差产生了一定的压差，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。
　　

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