大变形诱发隧道塌方全过程分析及防治技术研究

发布时间：2022-05-08 10:33

　　大变形是节理岩体中隧道建设常见的灾害形式之一,如果得不到及时有效的处治则可能酿成重大的工程事故。2015年4月29日,云南省晋红高速公路某隧道由于大变形处治不当,酿成了隧道塌方、人员被困的重大事故,本文正是以此为背景,对隧道开挖过程中由大变形引起的塌方问题展开了深入研究,并取得了如下创新性成果:（1）基于广义Hoek-Brown准则中岩体评价参数,通过广义Hoek-Brown准则中参数GSI、mi、D、σci、σ与等效切线方程（σn-τn）形式Hoek-Brown准则中参数A、B的转换,实现了对塌方轮廓线的快速预测,研究了不同参数对预测塌方轮廓线的影响,在此基础上,进一步推导了研究对象在复杂条件下塌方轮廓线的预测表达式;通过现场围岩评价参数计算分析可判断该隧道有很大的塌方风险。（2）通过现场调查及节理直剪试验分别获得了节理空间分布参数和力学参数,基于等效岩体技术和位移反分析法获得了岩体的弹塑性力学参数,为后续研究提供了参数依据。（3）设计了一套物理模型试验,自行制作了隧道模型开挖行走装置和围岩内部位移监测装置,结合理论推导、数值模拟等综合手段,最大程度还原模拟了隧道侵限大变形的发生发展... 

【文章页数】：157 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 引言
    1.1 问题的提出
    1.2 研究背景及意义
2 文献综述与研究计划
    2.1 隧道稳定性判断及塌方预测研究现状
        2.1.1 理论计算法
        2.1.2 工程类比法
        2.1.3 监控量测反馈法
        2.1.4 风险评估分析法
    2.2 节理岩体性质参数确定方法研究现状
        2.2.1 经验折减法
        2.2.2 经验关系法
        2.2.3 原位试验方法
        2.2.4 等效岩体技术方法
        2.2.5 位移反分析法
    2.3 隧道大变形机理及处治技术研究现状
        2.3.1 数值分析法
        2.3.2 物理模型试验方法
    2.4 研究内容和研究方法
        2.4.1 研究内容
        2.4.2 研究方法
        2.4.3 技术路线
    2.5 本章小结
3 工程概况
    3.1 工程地质条件
        3.1.1 地层岩性特征
        3.1.2 围岩工程地质评价
    3.2 区域水文地质
        3.2.1 地下水
        3.2.2 隧道涌水量预测
    3.3 4.29塌方事故发生过程
    3.4 文章小结
4 基于广义Hoek-Brown准则的隧道塌方极限分析
    4.1 Hoek-Brown失稳准则
    4.2 极限分析上限分析法
    4.3 不同形式Hoek-Brown准则参数转换
    4.4 广义H-B准则参数对矩形隧道塌方轮廓影响
    4.5 安企村1号隧道预测塌方轮廓线
    4.6 本章小结
5 节理岩体及衬砌力学参数确定
    5.1 完整岩石力学参数测定
    5.2 岩体节理空间分布特征参数确定
    5.3 岩体节理力学参数确定
        5.3.1 连续屈服节理模型
        5.3.2 节理剪切试验
    5.4 等效岩体技术
        5.4.1 三维离散元程序3DEC介绍
        5.4.2 DFN模型建立
        5.4.3 模型参数赋予
        5.4.4 确定模型REV
    5.5 位移反分析法
    5.6 衬砌参数确定
    5.7 本章小结
6 隧道大变形机制模型试验研究
    6.1 相似材料配比试验
    6.2 模型试验装置
        6.2.1 隧道室内模型试验系统设计
        6.2.2 模型开挖预埋件制作
        6.2.3 模型衬砌制作
        6.2.4 监测系统布设
    6.3 模型试验过程
    6.4 试验结果分析
        6.4.1 隧道大变形围岩渐进性破坏过程
        6.4.2 隧道大变形围岩变形结果分析
        6.4.3 隧道大变形围岩应力结果分析
        6.4.4 隧道大变形衬砌破坏规律
    6.5 本章小结
7 大变形处治时机及处治技术研究
    7.1 数值模型构建
        7.1.1 隧道全局数值模型构建
        7.1.2 隧道局部数值模型构建
    7.2 围岩岩块及节理破坏分析
    7.3 隧道大变形处治时机研究
        7.3.1 收敛-约束法原理
        7.3.2 数值模拟过程
        7.3.3 结果分析
    7.4 大变形处治持续时间研究
    7.5 大变形处治循环距离研究
    7.6 本章小结
8 工程应用
    8.1 安企村1号隧道塌方处治
    8.2 大变形处治时机工程应用
    8.3 本章小结
9 结论
    9.1 主要结论
    9.2 创新点
    9.3 研究展望
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集


【参考文献】：
期刊论文
[1]位移反分析法在公路隧道围岩参数确定中的应用[J]. 黄初涛,吴勇,王勇,张永杰.  人民长江. 2017(S2)
[2]浅埋隧道破裂面的极限平衡分析法[J]. 郭子红,钟祖良.  地下空间与工程学报. 2017(05)
[3]基于数据挖掘的隧道围岩变形响应预测与动态变更许可机制[J]. 贺鹏,李术才,李利平,张乾青,许振浩.  岩石力学与工程学报. 2017(12)
[4]城市软弱围岩浅埋隧道塌方处治及效果分析[J]. 甘露,王亚东,刘厚全,冯志华,周慧.  公路. 2017(07)
[5]泥质软岩隧道穿越富水断层带初期支护变形侵限机理及处治对策[J]. 屈家旺,刘泉声,马昊.  现代隧道技术. 2017(03)
[6]高地应力陡倾互层千枚岩地层隧道大变形研究[J]. 李磊,谭忠盛,郭小龙,吴永胜,罗宁宁.  岩石力学与工程学报. 2017(07)
[7]超大断面隧道软弱围岩卸荷渐进破坏特性研究[J]. 徐前卫,丁文其,朱合华,唐卓华,李元海.  土木工程学报. 2017(01)
[8]软岩隧道围岩塌方的尖点突变预测分析[J]. 徐海清,陈亮,王炜,陈建平.  铁道工程学报. 2016(11)
[9]大断面软弱地层隧道施工围岩变形试验及预测[J]. 苏道振,骆建军.  岩石力学与工程学报. 2016(S2)
[10]动荷载作用下隧道围岩块体稳定性分析及其应用[J]. 张露晨,李育慧,李树忱,马腾飞,谢璨.  岩土力学. 2016(11)

博士论文
[1]深埋条件下隧道稳定性评价方法及应用研究[D]. 耿晓杰.北京科技大学 2015
[2]基于不确定性理论的隧道地质灾害评价方法[D]. 翟友成.湖南大学 2014
[3]大断裂区深埋隧道地应力特征及围岩稳定性分析[D]. 尤哲敏.中国地质大学 2013
[4]大断面黄土隧道围岩变形特征及控制技术研究[D]. 扈世民.北京交通大学 2012
[5]复杂节理岩体力学参数尺寸效应及工程应用研究[D]. 吴琼.中国地质大学 2012
[6]隧道围岩塌落机理与锚杆支护结构的上限分析研究[D]. 黄阜.中南大学 2012
[7]富水砂卵石地层盾构施工诱发地层塌陷机理及对策研究[D]. 白永学.西南交通大学 2012
[8]炭质页岩隧道软弱破碎围岩大变形机理与控制对策及其应用研究[D]. 刘钦.山东大学 2011
[9]复杂地应力区隧道软弱围岩大变形控制技术研究[D]. 王树栋.北京交通大学 2010
[10]基于不确定性理论的隧道围岩稳定性及风险分析研究[D]. 张永杰.湖南大学 2010

硕士论文
[1]隧道塌方风险预测与控制研究[D]. 李风云.中南大学 2011
[2]边界线性加载条件下岩体平面受力模型试验研究[D]. 陈大鹏.中国地质大学（北京） 2006



本文编号：3651492