昭通梨园隧道节理围岩稳定性研究

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我国地质条件复杂多变,在节理构造较为发育的较破碎岩体中进行隧道施工时,往往存在着诸多围岩掉块甚至失稳垮塌等重难点问题,且失稳存在着不确定性和普遍性。因此,对节理切割破坏严重的隧道围岩进行稳定性分析有着重大的理论价值和施工意义。本文结合昭通梨园隧道施工工程,首先采用多种方法对参数进行选取;以离散元数值分析为主要模拟方法对节理围岩进行模拟分析其稳定性;最后结合实际位移测量值,检验离散元数值模拟计算的正确性,施工参数的合理性也得到验证,可为类似工程提供参考依据。主要研究内容及结果如下:1、对研究区地质背景进行实地调查可知:研究区主要为三叠系飞仙关组(T1f)砂岩地层,上覆少量第四系残坡积层,隧道穿过岩层为中风化粉砂岩层。隧道附近无地质构造活动,地下水较为匮乏,可不考虑地下水的影响。2、根据节理构造调查记录可得:隧道主要发育四组节理构造面,密度较大,岩体较为破碎;结合室内试验,采用多种公式计算方法对岩体c、φ值等相关参数进行计算;基于JCS、JRC等求解值,采用经验公式以及拟合分析得到节理面相关参数;最后采用[BQ]系统分级方法和Q系统分级方法对围岩进行分级,确定围岩级别为Ⅳ级。3、结合各数值模拟软件原理,采用离散元法对围岩进行模拟分析,通过对塑性区、位移场等分布特征进行分析可得:在拱顶和拱底主要受拉张应力、在侧壁主要受压应力,最大应力达到2.75~3Mpa之间;最大位移出现在拱顶位置,其值在30~35mm之间,有部分失稳块体发生较大位移,在进行衬砌支护以后最大位移在20~25mm之间,围岩处于稳定状态。4、地震工况采用拟静力法以烈度为7度、峰值加速度为0.1g进行数值计算,地震主要影响围岩竖直方向上的位移,部分块体失稳,最大位移达到53mm,在支护下围岩位移减小,无失稳块体,围岩处于稳定状态。由于节理切割作用,存在危险块体,由位移分布图可对危险块体区域进行识别,危险块体在自然工况下达到40mm左右,在地震作用下部分块体位移量接近55mm,远大于围岩平均位移值。5、采用常规监测和自动监控量测方法对围岩进行实时监测,常规监测用于地表下沉、周边位移、拱顶下沉的监测,自动监控量测用于周边位移、拱顶下沉的监测。自动监控量测系统可根据围岩稳定性分级,对不同位移量的围岩进行分级预警,以确保隧道安全施工。6、根据研究需要,取40m为断面间距的监测数据进行分析,取数据平均值作为最终研究值,得到拱顶沉降28mm、周边位移取值26.2mm。与数值计算结果对比可知,实测值大于模拟值,符合施工等因素导致实测值较大的规律,验证了数值模拟的合理性,同时也检验了施工设计的正确性。
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