基于层状围岩变形特征的高地应力陡倾板岩隧道合理洞型研究

发布时间：2021-07-14 20:38

　　即将开工建设的川藏铁路雅安至昌都段,隧道穿越地层多以陡倾（立）变质层状板岩为主,埋深大都在千米左右,地应力高或极高,其建设面临着很严重的大变形问题,给设计阶段初期带来极大挑战。针对以上工程背景,基于层状围岩的变形特征,对高地应力陡倾板岩隧道的合理洞型选择展开研究。首先通过解析计算分析圆形洞室层状围岩的变形特征,并进一步采用离散元数值模拟计算分析马蹄形洞室的变形特征,经相互对比验证数值计算的可行性和合理性,在此基础上,对比研究高地应力陡倾板岩地层单洞双线隧道、双洞单线隧道选择对控制变形的优越性,最后在选定的双洞单线隧道洞型基础上进行优化选择。研究结果表明:与岩层倾角垂直处围岩以结构变形为主,结构面张开变形与薄层结构的弯曲变形为变形的主要来源,且垂直结构面方向围岩变形程度与影响范围均大于其他方向;从控制隧道变形及开挖影响范围考虑,在高地应力陡倾（立）板岩地层采用双洞单线隧道更为合理;在高地应力陡倾（立）板岩地层中,单线隧道高跨比为1.02～1.06时,变形控制最好,而圆形隧道由于开挖面积的增大并非为最优断面。 

【文章来源】：中国公路学报. 2020,33(09)北大核心EICSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

圆形隧洞开挖弹性围岩应力分布

此时σr，σθ皆为主应力，径向和切向平面为主平面，在开挖边界r=R0处，切向应力为垂直地应力的2倍，径向应力为0。取开挖边界处微单元R0dθ进行分析（图2），此时靠近隧道一侧径向无应力，环向应力较大而径向应力较小，此时变形以材料变形为主，相同地应力情况下不同材料的弹性模量E和泊松比ν将会产生不同的变形。侧压力系数增大时，应力状态不再与θ无关，而是随着θ的变化而变化。当侧压力系数λ为1.5时，径向应力与切向应力分布情况如图3所示。

(1）θ=0°时，σθ最大值由2P0减小为1.5P0，σr增长较快，较之前变为低围压高垂向应力状态，即图2中σθ减小dσr增大。(2）θ=90°时，σθ最大值由2P0增大为3.5P0，减小的趋势变缓，σr增速增加，终值不变，此时较之前围压变大且径向压力增大，即图2中σθ增大dσr增大。

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
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本文编号：3284852