宁缠隧道区域地应力场分布规律研究

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地应力不仅控制区域稳定性,也是岩体工程变形、破坏的根本作用力,近年来,随着“一带一路”,西部大开发等国家战略的实施,铁路和公路基础设施的建设的重心逐步向西部迁移,而我国是一个多山的国家,地势西高东低,随着埋深增加,地应力对这些基础设施建设的稳定性越来越起着关键作用,如果能够对工程区域地应力场特征有更细致地了解,就能对该区域内的工程活动提出更具借鉴指导性的意见。基于此,本文首先收集数据库,相关论文文献中的青海地区实测地应力,运用MATLAB软件回归分析青海地区地应力场分布特征,并与我国四川地区、云南地区进行对比分析;将收集的青海地区地应力数据按照沉积岩、岩浆岩、变质岩进行划分,分别对每大类岩体中的地应力侧压力系数进行研究;随后运用COMSOL对宁缠隧道区域进行三维数值分析;最后通过室内模型试验,系统研究了宁缠隧道围岩在开挖卸载过程中的应力变化规律。本文的主要研究内容如下:(1)把地应力成因的各因素加权分值相加可知,深度与地质构造运动对地应力的成因影响最大;人类活动对地应力的成因影响最小;通过雷达图对地应力测量方法的4个方面进行分析,可得出水压致裂法是7种测量方法中最适合本文的测量方法,声发射法是7种方法中最不适合的。(2)青海地区σH、σh、σv随着深度的增加呈逐渐增加的趋势,与中国大陆规律相似;根据四个地区侧压力系数的对比可知水平构造活动都具有相对强烈关系:青海地区>四川地区>云南地区>西南地区;随着深度逐渐增加,沉积岩、岩浆岩、变质岩侧压力系数随之增大,也随之迅速收敛,其中岩浆岩收敛速率最大,其次为变质岩,沉积岩最小。(3)运用COMSOL软件对宁缠隧道地应力场进行反演,根据反演结果,选取3个实测点的实际测量值与模拟值进行对比,反演结果与实测结果非常接近,基本的误差在0.4%~22%之间。(4)隧道开挖过程中,在C断面、拱顶位置处,距离隧洞最近位置应力释放速率最快、应力释放量也最高,随着应力监测位置与隧洞距离越远,应力释放速率越小,应力释放量也越低;二次开挖时,环向上除C-1.1D处的应力依旧在降低,其他位置处的应力几乎没有发生变化;再次开挖时,环向和径向处的应力依旧呈现释放趋势,距离隧洞最近位置处的应力接近于0,后续开挖支护时C-0.1D、C-0.4D处应力的绝对值呈现出增大的趋势,C-0.7D、C-1.1D、C-1.6D处应力的绝对值依旧呈现应力释放趋势;当开挖支护80h后,隧道内部的应力达到再一次平衡,各个位置处的压应力值几乎不再发生变化。(5)随着隧道开挖,C断面拱腰径向处应力从280k Pa减小到25k Pa左右,相当于释放了91%的径向应力值,而拱腰环向应力值从130 k Pa减小到70k Pa左右,释放了大约46%的环向应力值;随着开挖支护的继续进行,拱腰径向应力值继续释放,距隧洞轮廓不同位置处径向应力释放至最小值的时间不同,即距离隧洞轮廓越远的位置其应力值达到最小的时间越靠后,但最终均趋于稳定。
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