【摘要】：在我國西南地區(qū),第四紀更新世冰期與間冰期在很大程度上影響了現(xiàn)今地形地貌格局。西藏林芝地區(qū)廣泛分布的冰水堆積物,往往規(guī)模巨大,在國家大力倡導(dǎo)西部開發(fā)的背景下,工程建設(shè)不可避免的與之產(chǎn)生密切的聯(lián)系,并對人類的生產(chǎn)生活構(gòu)成重要的影響。在漫長的地質(zhì)歷史時期中,冰水堆積物自形成后便受到了自然環(huán)境的不斷改變,其性質(zhì)如何,與一般堆積物有何不同,在其中開挖隧道后力學響應(yīng)呈現(xiàn)何種狀態(tài),這些問題急需解決,而開挖后冰水堆積體圍巖的穩(wěn)定性和開挖支護方式研究可以為今后的工程安全提供保障。前人關(guān)于隧道物理模擬的相關(guān)研究大多圍繞巖質(zhì)隧道,還未見冰水堆積物隧道的相關(guān)研究,本文就是要通過現(xiàn)場調(diào)查和試驗等方法研究冰水堆積物的基本特征、開挖后的變形破壞和支護方法以及松散圍巖壓力等問題。本文在充分調(diào)查林芝地區(qū)冰水堆積物分布特征的基礎(chǔ)上,開展了冰水堆積物地層隧道物理模擬試驗研究,通過地表布設(shè)的百分表,土中埋置的微型土壓力盒和應(yīng)變片等測量元件,獲取了大量數(shù)據(jù),基于這些數(shù)據(jù),對比分析了不同支護工況下隧洞的變形破壞特征。采用顆粒離散元軟件模擬毛洞開挖后洞室的漸進破壞過程,觀察不同埋深下隧道的最終破壞狀態(tài),最后探討了冰水堆積體隧洞形成穩(wěn)定壓力拱的埋置深度,并提出了基于太沙基理論的松散體圍巖壓力改進計算公式。為了深入了解冰水堆積物一系列基本特征,將遙感解譯和實地調(diào)查相結(jié)合,分析了林芝地區(qū)冰水堆積物的分布規(guī)律,即平面形態(tài)多呈條帶狀和扇形,出露斷面陡立,而頂面坡度較緩。選取典型堆積體進行原位重度、篩分和滲透試驗,發(fā)現(xiàn)冰水堆積物的密度一般在2.05~2.30×103kg/m3之間,且多以巨粒和粗粒組成,不均勻系數(shù)均大于30,曲率系數(shù)大都在1~3之間,屬于級配良好的土體。精細描述了冰水堆積體的物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征,最后取樣開展冰水堆積物室內(nèi)試驗的研究,作為野外工作的補充完善。根據(jù)模型試驗的相似原理,通過試驗選取圍巖、超前支護、模筑混凝土等模型材料,自主設(shè)計了試驗裝置和量測系統(tǒng),進行了不同支護工況下的隧道開挖試驗。結(jié)果表明,埋深對毛洞的最終穩(wěn)定性有直接影響,當隧洞埋深為15cm時,在開挖過程中,拱頂逐漸出現(xiàn)塌落、塌落范圍擴大、隧洞整體失穩(wěn),最后地表迅速沉降出現(xiàn)裂縫并貫通,地表塌陷寬度略大于隧道洞徑,塌陷側(cè)壁呈近直立狀;埋深為20cm和25cm時,隧洞最終可以形成穩(wěn)定的塌落拱。而對比分析各種支護措施的效果,以地表沉降為判斷依據(jù),注漿管棚支護對冰水堆積物隧洞效果最好。選取顆粒離散元軟件對冰水堆積物隧洞開挖后的漸進破壞過程進行模擬分析,結(jié)果表明不同埋置深度,無支護狀態(tài)隧道拱頂最先破壞,而且最為嚴重,而兩側(cè)壁僅見少量土體剝離脫落。埋深小于20m時,拱頂塌落一直發(fā)展到地表,形成貫穿型破壞;埋深大于20m時,拱頂塌落不會無限發(fā)展,而是形成一穩(wěn)定的塌落拱。壓力拱在隧道中是自然存在的,而它的形成有一定的條件�；跀�(shù)值計算結(jié)果和壓力拱邊界判據(jù),定量計算出壓力拱的范圍,從而確定冰水堆積物隧道形成穩(wěn)定壓力拱的臨界埋置深度為20m,并以此作為隧道深淺埋界限。最后基于太沙基松動圍巖理論,提出修正公式,對比計算結(jié)果表明,修正公式可以更好的反映冰水堆積體隧道的實際圍巖壓力。林芝地區(qū)冰水堆積物不同于一般堆積物,其物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)特征的特殊性決定了其力學特征的不同,天然含水率狀態(tài)下冰水堆積物應(yīng)力應(yīng)變曲線呈現(xiàn)不同程度的軟化現(xiàn)象,且圍壓越大,軟化現(xiàn)象越明顯。在毛洞開挖狀態(tài)下,隧道的最終破壞與埋深有直接的關(guān)系,而不同支護方法下,注漿管棚支護對冰水堆積物隧洞效果最好。模型試驗是在廣泛深入調(diào)查和充分試驗的基礎(chǔ)上進行的,因此所得結(jié)論具有較高的可靠性,但是由于物理模型較小,以及襯砌是預(yù)埋安裝的,這與實際有較大的差別。在今后的研究中,可以考慮不同開挖方法對隧道穩(wěn)定性的影響,同時,還可以在物理模型中布置應(yīng)力測線,以隧道開挖后圍巖應(yīng)力變化規(guī)律。
[Abstract]:In the southwest of China , the Quaternary Pleistocene ice age and the interglacial period have influenced the present topography . In the long geological history , the paper studies the basic characteristics of the ice - water storage , the deformation damage and the support method and the stress of loose surrounding rock . In the course of excavation , the arch top is gradually collapse , the collapse range is enlarged , the whole instability of the tunnel , the collapse of the tunnel is the best , and the collapse width of the tunnel is slightly larger than the tunnel diameter .
【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：U451.5

【參考文獻】

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本文編號：2134544