隧道围岩稳定性受岩层顺及反倾向影响的研究

发布时间：2020-06-09 06:15

【摘要】：广泛存在的层状岩体由于自身结构的各向异性,复杂多变的破坏模式,因此对其地质体内洞室围岩的稳定问题的解决一直是岩土工程界面临的挑战,对其稳定性的研究也是学术界关注的重要课题。本文以忠万高速东桥隧道为工程背景,建立层状岩体结构的隧道模型,并采用有限差分方法模拟该隧道进口段(顺倾开挖)和出口段(反倾开挖)的围岩稳定情况以及顺倾开始段的锚杆支护方位角度的优化设计研究。由于相关文献多侧重对层状岩体顺倾及反倾边坡的稳定性及破坏模式的研究、或开挖隧道与岩层走向平行及与走向无关时各种因素对隧道围岩稳定性及支护的研究,本论文则从另一视角即当开挖隧道轴线与岩层倾向平行时的围岩稳定性进行分析。(1)定义当隧道开挖方向与岩层倾向方向一致时为顺倾开挖,反之为反倾开挖,其力学模型可采用悬臂组合梁进行分析,对于同一埋深处的隧道拱顶,顺倾开挖时比反倾开挖时需要的抗剪强度更大,在同一层面处,顺倾开挖相较于反倾开挖更易于发生沿层面的剪切滑移。(2)采用有限差分法进行数值模拟,得到各个断面的的应力场、位移场和塑性区范围的模拟结果,并分析得出顺倾开挖时掌子面临空方向隧道围岩的应力集中程度、位移变形量和塑性区范围均比反倾开挖时的大;由于东桥隧道设计为分离式隧道,且两隧道设计线间距22m,即两隧道间净距不小于1.0D,因此两隧道间夹岩的塑性区还未贯通,隧道两洞之间影响较小。(3)从现场监测的数据可得出,进口顺倾开挖段的围岩变形量较出口反倾开挖段的大。掌子面通过监测里程断面后,该断面随着掌子面的推进其围岩变形也呈现出快速发展、变形缓慢、趋于稳定几个阶段,且不管何种开挖方向,在掌子面后方约2~2.84倍洞径处围岩变形量已无明显增加。(4)针对东桥隧道进口段隧道围岩的变形特点,对顺倾开挖时的锚杆支护方位角度进行优化设计研究,通过数值模拟并分析各优化方案下隧道围岩及初衬位移、锚杆受力情况得出:当锚杆打入的角度不同对开挖引起的围岩位移及应力有较大影响,当打入方位偏向倾向一侧,且角度垂直于岩层层面时即岩层层面法向锚杆的锚固效果最好,其次为竖直锚杆;当锚杆打入方位为反倾侧且偏离垂直岩层方向的角度越大时的锚固效果越差。
【图文】：

A、B、C、D、G1、G2的表达式如下：E1、、μ1-层面切向弹性模量（Ｐａ）、剪切模量（Ｐａ）、泊、μ2-层面法向弹性模量（Ｐａ）、剪切模量（（Ｐａ）、泊松系进行如图 2.7 所示的转换，定义基准面 xOy 平面 y 轴正方 平面内投影线间的夹角为 α，且沿着倾向逆时针为正方向；的夹角为层面倾向角 β。则矩阵[De]进行相应的转换后计算

图 1.2 水平层状岩体中的隧道顶破坏以及锚固后的隧道洞顶Fig 1.2Roof failure in horizontal layered rock mass and the tunnel roof after anchor②缓倾层状岩体隧道破坏机制在缓倾斜岩层中挖掘隧道时，需要考虑隧道轴线与岩层走向间的夹角。①当者之间的相互垂直时，开挖的隧道壁可保持相对稳定状态，，而隧道拱顶会因为为因素造成层面间相互切割，使得围岩在重力作用 下易发生楔形体块体掉落（1.3）；②但两者之间相互平行时（图 1.4），在隧道拱顶同样会发生楔形体块体落，且当岩层倾角大于摩擦角时更易发生整体向下的滑移，此时支护结构将承着不对称压力。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U452.12

【参考文献】

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本文编号：2704275