软弱夹层对隧道围岩稳定性的影响研究
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摘要
摘要：大量的工程实践表明：软弱夹层对隧道围岩稳定性有着重要的影响。本文通过收集和分析前人资料以及相关研究成果,系统总结出了有关这一课题的研究现状、软软夹层的基本工程特性以及围岩应力的基本理论。本文首先利用基于有限差分的大型数值分析软件FLAC3D为平台,采用理想弹塑性应力应变关系和摩尔库伦强度准则,对已有模型试验进行数值分析计算,通过比较分析结果,对所采用的分析方法进行可行性评价；接下来,建立实际问题的三维简化模型,利用被证明是恰当的分析方法来着重研究软弱夹层的厚度变化、倾角变化、与开挖轮廓线之间距离的变化、分布位置变化以及应力场变化对隧道围岩稳定性的影响规律；最后对哈尔滨绕城高速中天恒山隧道塌方段进行了数值模拟,并分析了塌方发生的原因。
本文通过数值模拟所得到的丰富的量化成果,对于含软弱夹层的地下洞室围岩稳定性分析有着重要的参考价值。
ABSTRACT:It has been proved by a large number of underground engineering that the weak interbed often has decisive effect of the stability of surrounding rock mass. Based on analyzing and collecting predecessors' materials, in this paper, a systemic summary on the research status concerning this issue and the engineering characteristic of week interbed and basic theories of surrounding rock stress have been given. The idea of use practice to practice is adopted in this paper. Firstly, by the FLAC3D, a numerical analysis software, which is based on finite difference, using the elastic-plastic constitutive law and Mohor-Coulomb failure criterion, the model trial done by predecessor have been modeled and analysis by the software of FLAC3D, besides, the result is also compared with the result of model trial in the thesis. Secondly, systematic numerical test have been carried out to study the satiability of tunnel surrounding rock with the change of thickness of the week intercalation, the change of obliquity of the week interbed, the change of the distribution of the week interbed, the change of the distance between the interbed and the limit of excavation, the change of depth of burial. What's more, the influence of the interbed to the stability of the tunnel surrounding rock in different also have been limited in this paper. Finally, the collapse range of the Tianhengshan tunnel of the highway round the city of Haerbin, furthermore, the reason of collapse have been analysis.
plentiful result have been drawn via numerical test, which have important reference value about stability analysis of underground engineering surrounding rock containing week interbed.
本文通过数值模拟所得到的丰富的量化成果,对于含软弱夹层的地下洞室围岩稳定性分析有着重要的参考价值。
ABSTRACT:It has been proved by a large number of underground engineering that the weak interbed often has decisive effect of the stability of surrounding rock mass. Based on analyzing and collecting predecessors' materials, in this paper, a systemic summary on the research status concerning this issue and the engineering characteristic of week interbed and basic theories of surrounding rock stress have been given. The idea of use practice to practice is adopted in this paper. Firstly, by the FLAC3D, a numerical analysis software, which is based on finite difference, using the elastic-plastic constitutive law and Mohor-Coulomb failure criterion, the model trial done by predecessor have been modeled and analysis by the software of FLAC3D, besides, the result is also compared with the result of model trial in the thesis. Secondly, systematic numerical test have been carried out to study the satiability of tunnel surrounding rock with the change of thickness of the week intercalation, the change of obliquity of the week interbed, the change of the distribution of the week interbed, the change of the distance between the interbed and the limit of excavation, the change of depth of burial. What's more, the influence of the interbed to the stability of the tunnel surrounding rock in different also have been limited in this paper. Finally, the collapse range of the Tianhengshan tunnel of the highway round the city of Haerbin, furthermore, the reason of collapse have been analysis.
plentiful result have been drawn via numerical test, which have important reference value about stability analysis of underground engineering surrounding rock containing week interbed.
引文
[1]雷平.软弱夹层对隧道围岩及其支护结构的影响研究[D].长安大学.2008.1-9
[2]林永贵.不同应力场软弱围岩隧道力学性状试验研究[D].长安大学.2006.1-46
[3]张志强.软弱夹层对地下洞室稳定性影响的数值试验研究[D].西安理工大学.2003.1-10
[4]郭富利,张顶立,苏杰,等.含软弱夹层层状隧道围岩变形机理研究[J].岩土力学,2008,29(增刊)：247～252.
[5]易敏,韩立华.公路隧道围岩稳定性分析和衬砌技术现状综述[J].现代交通技术,2005,3：36～41.
[6]樊孟军,史宏彦.岩土工程反分析方法综述[J].广东建材,2010,10：18～21.
[7]刘程铖,张宇.隧道围岩稳定性及锚注支护方式研究[J].规划与设计,2010,7：748～749.
[8]邓少军,苟德明,阳军生.FLAC在水平层状岩体隧道围岩稳定性分析中的应用[J].中国科技信息,2010,4：67～69.
[9]倪建明.淮北矿区煤巷围岩稳定性分类与支护对策研究[D].矿业工程学院.2008.18-33
[10]陆兆溱.工程地质学[M].北京：中国水利水电出版社.1986.34-38
[11]严总军,孙东生.坝基软弱夹层类型分析[J].价值工程,2010,01：138～139.
[12]张楠,王述红等.含弱层围岩的隧道变形破坏过程模型试验研究[J].地下空间与工程学报,2007,12：1084～1089.
[13]乔春生.不连续岩体力学性质研究[D].东京大学,1988
[14]江厚祥.隧道通过断层区围岩稳定性数值模拟[D].重庆大学.2008.36-41
[15]陈育民,徐鼎平.FLAC/FLAC3D基础与工程实例[M].北京：中国水利水电出版社.2008.99-131
[16]彭文斌.FLAC3D使用教程[M].北京：机械工业出版社.2007.272-279
[17]陈惠发,A.F.萨里普编著.余天庆,王勋文,等编译.弹性与塑性力学[M].北京：中国建筑工业出版社.2004.198-209
[18]中华人民共和国交通部.公路隧道设计规范(JTGD70-2004)[S].北京；人民交通出版社,2004.
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[20]G. H. Shi, Discontinuous deformation analysis a new numerical model for the statics and
dynamics deformable block structures, Engineering Computations,1992(9)
[21]郭富利,张顶立,苏杰,等.含软弱夹层层状隧道围岩变形机理研究[J].岩十力学,2008,29(增刊)：247～252.
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[23]丁多文,罗国煜.链子崖危岩体软弱夹层的力学特性[J].水文地质工程地质,1994(6)：7～9.
[24]P. Kumar. Infinite Elements for Numerical AnalysiS of Underground Excavations, Tunnelling and Underground Technology,2000
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[26]佟显涛.软弱夹层对隧道施工稳定性的影响分析[J].科技资讯,2009(3)：61～62.
[27]雷平.软弱夹层对隧道围岩及支护结构的影响研究[D].西安：长安大学,2008.
[28]张志强,李宁,Swoboda G.软弱夹层分布部位对洞室稳定性影响研究[J].岩石力学与工程学报,2005,24(18)：3252～3257.
[29]符文熹,聂德新,尚岳全,等.软弱夹层工程地质性质的室内仿真研究[J].浙江大学学报(工学版),2003,37(1)：1～4.
[30]郭富利,张顶立,苏杰,等.软弱夹层引起围岩系统强度变化的试验研究[J].岩土工程学报,2009,31(5)：720～726.
[31]徐素国,梁卫国,莫江,等.软弱泥岩夹层对层状盐岩体力学特性影响研究[J].地下空间与工程学报,2009,5(5)：878～883.
[32]温森,张建伟.软弱岩体中圆形隧道挤压变形临界应变研究[J].长江科学院院报,2010,27(2)：42～45.
[33]赵瑜,卢义玉,陈浩.深埋隧道三心拱洞室平面应变模型试验研究[J].土木工程学报,2010,43(3)：68～74.
[34]杨红军,夏才初,彭裕闻,等.时空效应下隧道的收敛变形预测及二衬合理支护时机[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2010,37(2)：69～73.
[35]邓少军,阳军生.水平互层岩体隧道锚杆支护参数优化研究[J].中国科技信息,2010(8)：61～65.
[36]周应麟,张运良.隧道穿过软弱夹层地段施工技术[J].湖南交通科技,2005,31(2)：101～103.
[37]汗成兵,朱合华.隧道围岩渐进性破坏机理模型试验方法研究[J].铁道工程学报,2009,126(3)：48～53.
[38]李建军,邵生俊,熊田芳.隧道斜交穿越地裂缝的模型试验研究[J].岩土力学,2010,31(增1)：115～120.
[39]邓国华,邵生俊,陶虎,等.锁脚锚管对土质隧道围岩变形和支护内力的影响研究[J].十木工程学报,2010,43(1)：108～113.
[40]张学民.岩石材料各向异性特征及其对隧道围岩稳定性影响研究[D].长沙：中南大学,2007.
[41]徐志英.岩石力学[M].北京：水利水电出版社,1993.
[42]曾俊,赵册.越江隧道纵向变形数值分析[J].中国科技信息,2010(2)：65～66.
[43]齐甦,杨军,张烨,丁大明.钟公隧道煤层段围岩变形分析和应对措施[J].人民长江,2010,41(3)：81～83.
[44]徐营.层状非连续岩体稳定性试验及理论研究[D].上海：同济大学土木工程学院,2009.
[45]刘彬.软硬相间层状岩体变形参数理论研究及工程应用[D].成都：成都理工大学,2006.
[46]郑强.浅理大断面土质隧道施工中的时空效应研究[D].西安建筑科技大学.2009.4-17
[47]佟显涛.软弱夹层对隧道施工稳定性的影响分析[J].工程技术,2009,03：61～62.
[48]邓少军,苟德明,阳军生.FLAC在水平层状岩体隧道围岩稳定性分析中的应用[J].中国科技信息,2010,04：66～69.
[2]林永贵.不同应力场软弱围岩隧道力学性状试验研究[D].长安大学.2006.1-46
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