第三系泥岩蠕变特性及隧道长期稳定性研究

发布时间：2020-05-06 07:43

【摘要】：随着我国交通事业的发展,岩土工程的建设规模和范围不断扩大,遇到了性质介于土和岩石两者之间的岩土体。国内最近修建的桃树坪隧道、胡麻岭隧道、中条山隧道等都穿越第三系地层,第三系地层的性质介于土和岩石之间,胶结较弱、遇水软化,围岩具有自稳时间短、变形大、流变特征明显的特点,会给工程带来很大的风险,因此研究第三系地层十分有意义。本文以蒙华铁路中条山隧道工程为依托,针对第三系泥岩的蠕变特性及其对隧道长期稳定性的影响问题,通过室内试验、理论分析、数值模拟等方法进行研究,进行了第三系泥岩的物理力学性质试验、单轴蠕变试验,研究了第三系泥岩的蠕变特性,获得了第三系泥岩的基本物理力学参数和蠕变本构模型参数。通过解析计算分析了中条山隧道的粘弹性解析解,采用FLAC3D数值模拟分析了流变对隧道围岩长期稳定性的影响,计算了不同工况下的变形和安全系数。取得的主要结论和成果如下:(1)第三系泥岩在自然状态下的单轴强度离散性较大,饱和状态下的单轴强度离散性较小,且软化效果明显。(2)应力水平较低时,泥岩的蠕变为稳态蠕变;应力水平较高时,泥岩的蠕变属于非稳态蠕变,并最终导致破坏。稳态蠕变速率和应力水平两者取对数后呈线性关系。结合等时曲线和平均蠕变速率曲线,确定了长期强度范围。除加速蠕变阶段外,对蠕变曲线用Burgers模型进行拟合,效果良好。(3)根据解析计算,围岩与支护结构的相互作用力随着时间的增加不断增大,增速逐渐变小,但应力到100年时尚未稳定。安全系数随时间增加不断减小,但100年后仍有一定的安全储备。(4)利用FLAC3D分析隧道长期稳定性,分析隧道围岩和衬砌的应力和变形,进行蠕变计算100年后,仍有较大安全储备,满足隧道使用要求。对比下埋深100m和70m的工况,隧道埋深对于衬砌的竖直方向变形影响较大,对水平收敛变形影响相对较小。(5)第三系泥岩遇水软化,流变效应更加明显。因此,在遇到饱和状态或含水率较高的第三系泥岩时,需要注意隔水,加强支护。
【图文】：

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右线全长１８４１０ｍ。隧道设计为“人”字坡，，最大纵坡为０．５１％，进口端１４．６ｋｍ为逡逑上坡，出口端３．８ｋｍ为下坡。隧道采用三台阶七步开挖法，中条山隧道泥岩段纵逡逑断面简图如图２－１，隧道横断面设计图如图２－２。逡逑５７０ｎ逡逑－ｆ＇Ｔ逡逑ｒｆｆｗＮ邋▲邋Ｗｒｎｌ邋Ｔｆｒｆ逡逑ａ邋ｉｆＴＨｉｆ邋ｉｒｉｎｉｆｌ逡逑■乻逦Ｊ邋N．丨逦Ｊ邋！逡逑修裙二：：．逦——十：．．．’邋．’逡逑逦．逦：逦４０５ｎ逦逡逑ＤＫ６３１＋０４０逦ＤＫ６３２＋５００逡逑图２－１中条山隧道泥岩段纵断面简图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－１邋Ｚｈｏｎｇｔｉａｏｓｈａｎ邋ｔｕｎｎｅｌ邋ｍｕｄｓｔｏｎｅ邋ｐｒｏｆｉｌｅ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑Ｉ逡逑ｙ邋＾逦丨丨ｇ朽．３＾４卜、、．．．逡逑Ｊ邋ｎ逦ｊＭｌ逡逑４逦＼邋ｒａ；邋ｒ－￣ｄ邋S茫�界１邋：逡逑ＪＪ逡逑＊邋ｓ邋Ｉｊｉ逦ｊｉＴｊｉＳｉ）邋－邋Ｊ５７，邋＿ｑｉＵ４，邋＾逡逑图２－２中条山隧道横断面设计图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－２邋Ｃｒｏｓｓ邋ｓｅｃｔ�

本文编号：2650923