【博士】泥巴山深埋特長(zhǎng)公路隧道重大巖體工程問(wèn)題研究【2009】

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　　學(xué)科專業(yè)：巖土工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：西南交通大學(xué)　　學(xué)位年度： 2009年　　本論文結(jié)合交通部西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目“大相嶺泥巴山深埋特長(zhǎng)隧道關(guān)鍵技術(shù)研究”。采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪、室內(nèi)外試驗(yàn)、理論分析與數(shù)值模擬等方法，對(duì)四川雅安～瀘沽高速公路的控制性工程——大相嶺泥巴山深埋特長(zhǎng)隧道的重大巖體工程問(wèn)題進(jìn)行了深入研究，主要的研究?jī)?nèi)容及在導(dǎo)師和課題組的提示和啟發(fā)下獲得的成果如下：　　(1)通過(guò)收集分析泥巴山地區(qū)現(xiàn)有基礎(chǔ)地質(zhì)資料、勘探測(cè)試資料和現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)調(diào)繪，弄清了隧址區(qū)的工程地質(zhì)環(huán)境，結(jié)果表明：隧道所穿過(guò)的大相嶺背斜并非為倒轉(zhuǎn)的背斜，而是一似“箱”形構(gòu)造模式；隧址區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件極為復(fù)雜，巖性種類多，空間分布多變，現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力量值較大，不同規(guī)模與期次的褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造發(fā)育并疊加改造。因構(gòu)造影響，巖體破碎及結(jié)構(gòu)復(fù)雜?！　?2)利用單軸壓縮試驗(yàn)、單軸拉伸試驗(yàn)、常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)以及卸圍壓試驗(yàn)對(duì)隧址區(qū)主要巖石進(jìn)行了巖石力學(xué)試驗(yàn)，結(jié)果表明：完整巖石強(qiáng)度較高，單軸抗壓強(qiáng)度最高達(dá)250MPa，巖石強(qiáng)度明顯受微裂隙影響，微裂隙發(fā)育的巖石單軸抗壓強(qiáng)度最低為20MPa左右，一般在70～I(xiàn)OOMPa；巖石單軸抗壓強(qiáng)度有隨埋深而增加的趨勢(shì)；巖石三軸壓縮變形及強(qiáng)度受加載路徑的明顯影響。　　(3)采用現(xiàn)場(chǎng)鉆孔水壓致裂測(cè)試法、室內(nèi)Kaiser效應(yīng)測(cè)試法和震源機(jī)制解對(duì)泥巴山隧址區(qū)初始地應(yīng)力進(jìn)行了測(cè)試及分析，結(jié)果表明：地應(yīng)力值隨深度呈近似線性增加，隧道高程附近最大主應(yīng)力量值40-45MPa；整體趨勢(shì)為埋深約O-300m段垂直向地應(yīng)力小于兩個(gè)水平向地應(yīng)力，約300～850m段垂直地應(yīng)力介于兩個(gè)水平向主應(yīng)力之間，大于850m時(shí)，垂直應(yīng)力大于兩個(gè)水平向主應(yīng)力，其中最大水平主應(yīng)力總體方向與隧道軸線整體方向近垂直。　　(4)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果，采用數(shù)值模擬反演分析得到：隧址區(qū)地應(yīng)力場(chǎng)受地形的明顯影響，隧道進(jìn)、出口應(yīng)力較小，埋深較大的中段地應(yīng)力水平較高，其中最大主應(yīng)力多為30MPa-45MPa，中間主應(yīng)力多為20MPa～30MPa，最小主應(yīng)力為10-20MPa，斷層帶對(duì)局部地應(yīng)力場(chǎng)大小及方向有顯著影響?！　?5)以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)地應(yīng)力及室內(nèi)巖石試驗(yàn)為基礎(chǔ)，根據(jù)傳統(tǒng)能量理論及提出的巖爆潛指數(shù)法、改進(jìn)的強(qiáng)度理論觀點(diǎn)，采用理論方法及數(shù)值模擬方法，對(duì)隧道圍巖巖爆危險(xiǎn)性進(jìn)行了定性及定量的預(yù)測(cè)分析。結(jié)果表明，泥巴山隧道圍巖存在巖爆危險(xiǎn)的洞段長(zhǎng)度約占整個(gè)洞長(zhǎng)的29％，其中弱巖爆危險(xiǎn)洞段長(zhǎng)度約占20％，中等程度巖爆危險(xiǎn)的洞段長(zhǎng)度約占7％，強(qiáng)烈?guī)r爆危險(xiǎn)的洞段長(zhǎng)度約占2％，因巖性分布及巖體結(jié)構(gòu)的差異性，產(chǎn)生巖爆洞段不連續(xù)，沿隧道呈帶狀分布?！　?6)將交通隧道大變形界定為隧道變形非脆性破壞的變形量超出了規(guī)范規(guī)定的預(yù)留變形量，根據(jù)III級(jí)圍巖標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)隧道邊壁的相對(duì)變形量D6≥0．013時(shí)，定義為大變形。利用巖體力學(xué)理論和數(shù)值模擬分別計(jì)算預(yù)測(cè)隧道典型斷面的相對(duì)變形量，結(jié)果表明，斷層帶及其附近圍巖可能產(chǎn)生嚴(yán)重的大變形，個(gè)別埋深及寬度大的斷層帶產(chǎn)生大變形程度為嚴(yán)重或極嚴(yán)重：斷層帶圍巖大變形受斷層帶寬度、斷層巖工程特性及結(jié)構(gòu)特征和兩盤(pán)巖體工程性質(zhì)影響：斷層帶寬度大于19m洞段，圍巖大變形較明顯?！　?

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