《窑头2号隧道进口段斜坡不良地质体与隧道相互作用机理的研究.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《窑头2号隧道进口段斜坡不良地质体与隧道相互作用机理的研究.doc（92页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 西南交通大学硕士学位论文窑头2号隧道进口段斜坡不良地质体与隧道相互作用机理的研究姓名：朱麟晨申请学位级别：硕士专业：地质工程指导教师：郑黎明20090401 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位 论 文第 页瑃 西 南 交通 大学 学 位 论 文 创新 性声 明 西 南 交通 大学学 位 论 文 版权使 用授 权书学位 论 文作者签 名：囊乙躺轻日期： 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位 论 文难 ，并不得不投 入 大量的 人 力 、 物 力 进 行整 治 。又 如 襄渝 线柴 家 坡 隧道 ，位 于 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位 论 文 西 南 交通 大学
2、 硕 士 研 究 生学 位 论 文等 曾 对 日 本国 营 铁路 沿线 的 隧道 病 害 进 行 过调查 ， 在其研 究 报 告 隧道 变 形 趋 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位 论 文衬 砌开裂 和衬 砌腐蚀 等 。 这些病害 一 般 不 是 单 独 存 在，而是 相 互 影 响 ，相 互 作用的 ，比如 隧 道产 生较大变形 与边 坡 失 稳 互 为 原因 。 然 而，针 对 隧 道浅 埋 段 边坡 和隧 道围 岩 稳 定性 问 题，此 前 主 要 是 分 开研 究 。 边 坡 稳 定性 、隧 道围 岩 稳 定性 单 独 研 究 起步较早、数量 较多 ，己 有较多 的 理 论
3、 和经 验。 但 隧 道进 口 段 边 坡变形 和隧 道围 岩 变形 是 相 互 影 响 的 ，隧 道开挖、围 岩 松 动将 导 致 边 坡 变形 ，而边 坡 变形 会 反 过 来 引 起隧 道围 岩 和衬 砌上 应 力 集 中，围 岩 为 适应 这种 新 的 应 力状 态 ，将 进 一 步变形 甚 至破坏 ，由 此 形 成 一 个 恶性 循环。 所 以 ，隧 道进 口 段 围由 于 隧道、边 坡 相 互 作 用下 岩 体 、结 构 内 部 受 力 极其 复杂，针 对 隧道、边坡 相 互 作 用下 岩 体 稳 定性 定量 研 究 主 要 采 用数值模拟 计 算，已有关于 这方 面的模拟 一 般
4、 使 用有限 元 法 和快速拉格 朗 日差 分 法 。 其 中，有限 元 不 能 很 好地求 解大变形 和位 移 不 连 续 等 问 题，对 地质 体 的 模拟 不 太 适合 ，而且 采 用有限 元 计 算时 ，处 理 单 元 数量 较多 的 模型 计 算速度 缓 慢 。 为 了 克服 有限 元 等 数值分 析 法 不能 求 解岩 土大变形 问 题的 缺 陷 ，人们 根 据 显 式 有限 差 分 原理 ，提 出 了 快速拉格朗 日差 分 数值分 析 方 法 ，该 方 法 较有限 元 方 法 能 更 好地考 虑 岩 土体 的的 稳 定性 分 析 中应 用广泛 。 浅埋 隧道与边 坡 共 同 作
5、用所 导 致 的 病害 往 往 非常严 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位 论 文轴线 与滑 动方 向 垂 直 或 大角度 相 交开挖 隧道易 于 产 生滑 坡 ，平 行 或 小 角度 相 交于 滑 动方 向 开挖隧道时 则 多 见 于 洞 门 仰 坡 浅层 滑 动，深层 滑 动少 见 ，且 隧道一旦 形 成 ，可 作 为 排 除 地下 水 工 程 ，有利 于 滑 坡 稳 定。 当 隧道设 置 于 滑 带附近易 于 产 生滑 坡 ，隧 道设 置 于 靠 近 山 脊 比远离 山 脊 产 生滑 坡 的 概率 低 。 对 于 浅埋 偏 压隧道，由 于 开挖时 围 岩 塌 方 ，有时 可 能
6、 透 顶 ，形 成 相 当 于 路 堑的 临 空面，易 于 产 生山 侧 岩 土体 滑 动。 位 于 滑 带以 下 一 定范 围 内 的 隧道，开挖 使 洞 顶 土体 呈 锲 形沉 降，导 致 滑 带倾 角增 大，岩 土松 动，而牵 引 后方 坡体 蠕 动。西 南 交通 大学 陶 志 平 等 对 滑 坡 病害 地段 隧道变形 问 题进 行 了 研 究 。在隧 道变形 机理 研 究 方 面，作 者以 东 荣河 隧道为 例 ，通 过 现场 勘 测 、滑 坡 监 测及 室 内 试 验，分 析 了 蠕 动型 滑 坡 的 成 因 以 及 酿 成 隧道变形 开裂 的 机理 ，对 蠕 动滑 坡 体 中隧 道
7、病害 的 防 治提 供 了 依 据 。 同 时 还对 滑 坡 地段 隧道变形 机理 开展 了模型 试 验研 究 方 面。 通 过 室 内 地质 力 学 模型 试 验，研 究 了 滑 坡 地段 坡 体 变形 与隧道的 相 互 作 用机理 、围 岩 和衬 砌压力 的 变化规律以 及 滑 坡 和隧 道的 变形 特 征 ，着 重研 究 了 滑 带土浸水 软 化及 发 生蠕 动时 坡 体 变形 与隧 道的 相 互 作 用，为 该 类 在斜坡不 良地质 体 中修建 隧道， 需 要 考虑以下 两方 面 问 题 ： 由 于地质 、气候 和人 为 等 各 方 面 的 原 因 诱 发 斜坡产生变 形； 斜坡变 形
8、又 使 得隧道产生变形， 严 重 时产生坍塌 冒 顶 。这 两者 实际 上 是相 互 影 响 、 共同 作用的 。因 此 本文 主 要 的 研 究 内容 为 ： 斜坡病 害 对隧道的 影 响 ， 其 中主 要 为 滑坡和错 落 体 对隧道的 变 形影 响 ； 隧道开 挖 变 形对斜坡稳 定 性 的 影 响 ， 其 中主 要为 隧道开 挖 引起 滑坡和地表 沉降 成 因 分析； 斜坡与 隧道相 互 作用机 理的 理论分析，通 过 总 结 给 出 了 滑坡与 隧道相 互 作用的 嗟 刂柿停 虎 芤砸 号 隧道蒙 自 端进口 段 斜坡不 良地质 体 与 隧道的 病 害 为 基 础， 通 过 病 害
9、资 料 总 结 、相 关 理论 研 究 和数值模拟计 算 来 分析总 结 斜坡不 良地质 体 与 隧道相 互 作用的 机理。 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位 论 文在两宽大夷 平 面 和 阶地之间、或 由 种 种 成 因 生成 的两大缓 坡 平 台 之间的坡体 ， 其 临 空面 一侧由 于坡 脚侵蚀 基 准 面 的下降及坡 体 变陡 而失 去 侧向 支 撑， 在受 岩体 变形 的残 余 应力 回 弹作 用下而松弛 。此 释 放地应力 之后的松弛 带 ， 常 随剥 蚀 作 用和 沟 谷下切 的加 剧 而不 断 扩大其 范 围和 增加 松弛 度 。当 坡 体 内早有 的裂隙因 松弛
10、而向 临 空面 逐 渐 扩张 开时， 地表水 、土 中水 和 岩层中裂隙水 易 于进入 ， 则 使 松弛 带 中某 些 软 弱岩土 的强度 衰 减， 特 别 在雨 季中与 雨 季后期 因 岩土受 侵蚀 严重 、水 的种 种 作 用增大， 在局部应力 大于强度 处产 生变形 ， 一旦总的应力 大于总的强度 时则 发 生破 坏 。此 类 破坏 不 单 纯 因 结 合松弛 而坍 塌 和 因 剪切破坏 而滑 移 ， 也 有 因 受 压 揉 皱被 挤出和 在液 化、稀 释 下发 生溃 爬 。其 病害 范 围 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位 论 文大的压 应力 作 用使 斜坡 岩土 产 生不
11、 均 匀的挤压 变形 为 主， 从 而增大坡 体 上部的松弛 度 ， 导 致 水文 地质 条 件的改 变而产 生坍 塌 者 特 别 多 ， 故目 前 尚 无 相 适 应的计算方法。一般 产 生斜坡 坍 塌 的结 构 模式 ， 主要 有 下述几 类 ： 西 南 交通 大学 硕 士 研 究 生学 位 论 文产 生坍 塌 ， 或坍 至 一 定 斜 度 后 与其综合内 摩 擦 角相 适 应 、 坡 脚应 力降 至 能承 载范 围 之 内 ， 或坍 光斜 坡 上 已 松 弛部 分 及坡 脚已 揉 皱 部 分 为 止 。一 些 坍 塌 系由于 松 弛的斜 坡 体 先从 中 下部 蠕 动变形而 引起 坡 顶
12、 张 裂和由外而 内 发展， 此 不同 于 崩 塌 、 错 落 及滑 坡 。 坍 塌 是 先在坡 体 产 生密 集的、 呈 外倾状 的地 裂缝 带， 其分 布 受 体 内 岩土 自 身 间的综合内 摩 擦 角所控制， 并无 贯通 一致的斜 面；所以地 裂缝 带总 由堑顶 前缘向 后 缘逐 步 发展， 其最 远 的一 环总 在斜坡 坍 塌 的出 口 按 休止 角划 线的范 围 以内 。 但是 亦 有因 前缘坍 塌 而 削 弱 抗滑 、 或抗错 与承 托支 顶 的能力， 而 分 别 引起 沿坡 体 内 每 一 软 弱 带的滑 动；或在失 去侧向 支 撑与减 少承 压 面积 下由松 弛而 产 生错
13、落 ；以及在失 却 承 托和支 顶 引起 高 处岩体 的崩 塌 。 这 前期 坍 塌 与后 期 引起 的崩 、 错 、 滑 等变形， 两种现象 应 分 别 而论 ， 不宜 混 淆 变形类 别 与因 果 关 系；此 类 现象 总 是 在坡 顶 附 近先出 现一 系列 密集的、 具坍 塌 性质 和特点 的地 裂缝 ， 随 后 在远 离 坡 顶 的后 缘产 生具不同 类 型 特点且 贯通 的地 裂缝 ， 以区 分 由坍 塌 引起 的滑 坡 或错 落 、 崩 塌 。一 般 坍 塌 变形系自 上 、 自 外逐 渐 向 下、 向 里 塌 落 ， 塌 下的岩土 堆于 斜 坡 脚呈 锥 形堆积 体 ；每 次 坍 塌 均 产 生新面， 直至 坡 脚坍 塌 体 的顶 部 掩 埋并超过 上 部坍 塌 出 口 之 后 变形方可暂 时 结 束 。滑 坡 是 斜 坡 上 的岩土 沿坡 体 内 一 定 的带蛎作 整体 、 或几大块 向 下、向 前移 动的一 种变形现象
