【摘要】：隨著西部山區(qū)高等級鐵路、公路工程的不斷建設(shè),穿越復(fù)雜斷裂帶甚至活動斷層的深埋隧道越來越多,這些復(fù)雜條件下的隧道區(qū)段,開挖后經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)構(gòu)拱變形量大、底板隆起、初支破壞、二襯開裂等變形破壞,嚴(yán)重影響著隧道的安全穩(wěn)定。因此,隧道斷層破碎帶的工程力學(xué)特性及其在隧道開挖過程中的力學(xué)響應(yīng)特征,是西部山區(qū)高等級交通建設(shè)中亟需解決的重要工程問題之一。本文針對工程實(shí)際需求,以斷層破碎區(qū)域隧道開挖的力學(xué)響應(yīng)分析為主要研究內(nèi)容,以宏觀區(qū)域斷層穩(wěn)定與局部隧道圍巖力學(xué)響應(yīng)相結(jié)合的方法開展研究。首先,根據(jù)斷層的形成、分類以及理論,選取判斷斷層穩(wěn)定性的宏觀判定方法,并基于若干斷裂帶的實(shí)測地應(yīng)力數(shù)據(jù),結(jié)合經(jīng)典庫倫滑動摩擦準(zhǔn)則,分析了區(qū)域淺部構(gòu)造的活動背景及其宏觀穩(wěn)定性,結(jié)果表明:斷層穩(wěn)定性判別時(shí),運(yùn)用“斜率法”對多地區(qū)有限數(shù)據(jù)點(diǎn)的判別不直觀,對大量組地應(yīng)力數(shù)據(jù)宏觀判別時(shí)有其優(yōu)異性;“平行界限法”對多地區(qū)有限組地應(yīng)力數(shù)據(jù)的判別比較適用,可以通過序號快速檢查出斷裂危險(xiǎn)帶的部位和范圍。然后,結(jié)合某穿越斷裂帶緩傾地層深埋隧道工程,通過室內(nèi)力學(xué)試驗(yàn)獲取巖石的力學(xué)參數(shù),建立了無斷層情況下的隧道開挖計(jì)模型并進(jìn)行計(jì)算,通過模型計(jì)算結(jié)果與工程實(shí)際測試結(jié)果的比較,驗(yàn)證了計(jì)算模型的合理性。通過在上述計(jì)算模型中增加斷層接觸單元,計(jì)算并比較了隧道截面在有、無斷裂帶兩種情況下,隧道圍巖的應(yīng)力特性、變形位移以及塑性屈服的變化特征,分析了斷層對隧道開挖力學(xué)狀態(tài)及其安全的影響。進(jìn)一步,利用模型計(jì)算,從塑性屈服、位移場、應(yīng)力場分布規(guī)律角度,對斷層所在部位、斷層傾度、斷層厚度、斷層模量等因素對隧道開挖過程的影響進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:當(dāng)斷層與隧道相交時(shí),相交部位的塑性屈服區(qū)深度大幅增加,但斷層帶內(nèi)的塑性區(qū)深度降低。斷層所在位置對其相交或距離最近的隧道壁位移影響最大,而離得較遠(yuǎn),影響甚微;水平斷層的位置或有無斷層對其在隧道壁底板處的主應(yīng)力值影響很小,而在其他隧道部位有一定的影響。傾角垂直時(shí)的斷層對隧道壁的影響最大,表現(xiàn)在拉長了相交域圍巖圍巖塑性區(qū)的分布和增大了位移量。斷層越厚,相同深度處的總位移值越大,深度越深,差值越小。斷層彈模較小時(shí),斷層帶中的屈服區(qū)明顯小于斷層周圍地帶,且兩者差異較大,隨著彈模的增大,這兩者差異逐漸減小直至消失;斷層模量值很小時(shí),斷層與隧道壁相交處的位移量很大,隨著模量值增大,位移量降低很快,呈現(xiàn)冪函數(shù)變化趨勢。本文的研究方法及結(jié)論,可為后續(xù)該領(lǐng)域的相關(guān)研究提供借鑒,也可為上述穿越斷層破碎區(qū)隧道建設(shè)的選址和設(shè)計(jì)提供一定依據(jù)。圖39表6參69
【圖文】：

實(shí)現(xiàn)了自東向西的巨大延伸以及東部平原和西部山合。在此期間，隧道地下工程理論與應(yīng)用的發(fā)展起著舉足輕者付出了汗水與智慧。逡逑國“一帶一路”和“西部大開發(fā)”等重大國家戰(zhàn)略的持續(xù)推交通設(shè)施建設(shè)的大潮流已然拉開，高等級鐵路、公路網(wǎng)絡(luò)將部延伸。為了解決中西部復(fù)雜的地質(zhì)條件對地下工程建設(shè)進(jìn)步發(fā)展地下空間領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究在必行；與此同時(shí)，由淺入尤其是復(fù)雜地質(zhì)條件下的深埋隧道建設(shè)日益頻繁，對隧道建考驗(yàn)。逡逑造活動和地層變形影響了巖石應(yīng)力場的變化，地應(yīng)力場呈現(xiàn)力的各項(xiàng)參數(shù)直接影響隧道、礦井等地下工程的圍巖穩(wěn)定性［對區(qū)域地層尤其斷裂帶的穩(wěn)定性有著很大關(guān)系，間接影響著。c彩鏡叵鹿こ糖虻賾αψ刺捌渥饔沒�，峨s諮芯殼然戎卮蟮刂使こ濤侍庥兇胖匾饔謾ｅ義襄危濉鰣濉鰣澹殄危卞危蟈危蟈危翦危蟈危В翦危蟈危卞危у澹椋у危簦卞巍義系貍與中Ｗ九Ｋ■形？逡逑

程盼盼等［４Ｑ］以山區(qū)隧道施工中常見的ＩＶ級圍巖為參照對象，利用模型試驗(yàn)和逡逑數(shù)值模擬研究跨斷層隧道施工中圍巖的漸進(jìn)性破壞和受力變性特征。耿萍，何悅逡逑等％利用振動臺模型試驗(yàn)結(jié)合數(shù)值模擬，研究了穿越斷層破碎帶隧道在地震荷載逡逑作用下的動力響應(yīng)特性和內(nèi)力分布，，表明襯砌內(nèi)力與圍巖條件有很大關(guān)系，圍巖逡逑質(zhì)量下降時(shí)襯砌受力增大，抗震性也隨之減弱，并認(rèn)為合理的抗震設(shè)防長度應(yīng)為逡逑隧跨的３．５倍。逡逑１．２．３斷層構(gòu)造帶周邊的應(yīng)力異常逡逑巖體地質(zhì)構(gòu)造、變化和非均勻性都會影響地應(yīng)力的方向和大小，受斷層填充逡逑物和圍巖彈性模量相對大小的影響，結(jié)構(gòu)面附近應(yīng)力會出現(xiàn)以下幾種情況［４２］：逡逑（１）如果結(jié)構(gòu)面是張開的，最大主應(yīng)力ｃｎ將逐漸趨向結(jié)構(gòu)面平行方向，而最逡逑小主應(yīng)力ｃｒ２為０；逡逑（２）如果結(jié)構(gòu)面填充物材料與圍巖材料相當(dāng)，主應(yīng)力方向不受改變；逡逑（３）如果結(jié)構(gòu)面填充物材料是剛性的，最大主應(yīng)力ｍ將逐漸垂直于結(jié)構(gòu)面，逡逑最小主應(yīng)力仍逐漸趨向結(jié)構(gòu)面平行方向（見圖１－２［４３］）；逡逑
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U455

【參考文獻(xiàn)】

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1 王成虎;;地應(yīng)力主要測試和估算方法回顧與展望[J];地質(zhì)論評;2014年05期

2 秦向輝;張鵬;豐成君;孫煒鋒;譚成軒;陳群策;彭有如;;北京地區(qū)地應(yīng)力測量與主要斷裂穩(wěn)定性分析[J];地球物理學(xué)報(bào);2014年07期

3 耿萍;何悅;何川;權(quán)乾龍;晏啟祥;;穿越斷層破碎帶隧道合理抗震設(shè)防長度研究[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2014年02期

4 蔡美峰;冀東;郭奇峰;;基于地應(yīng)力現(xiàn)場實(shí)測與開采擾動能量積聚理論的巖爆預(yù)測研究[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2013年10期

5 康紅普;;深部煤礦應(yīng)力分布特征及巷道圍巖控制技術(shù)[J];煤炭科學(xué)技術(shù);2013年09期

6 黃祿淵;楊樹新;崔效鋒;陳群策;姚瑞;;華北地區(qū)實(shí)測應(yīng)力特征與斷層穩(wěn)定性分析[J];巖土力學(xué);2013年S1期

7 李宏;謝富仁;王海忠;董云開;俞建軍;;烏魯木齊市斷層附近地應(yīng)力特征與斷層活動性[J];地球物理學(xué)報(bào);2012年11期

8 耿萍;吳川;唐金良;李林;;穿越斷層破碎帶隧道動力響應(yīng)特性分析[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2012年07期

9 王成虎;張彥山;郭U_良;趙仕廣;;工程區(qū)地應(yīng)力場的綜合分析法研究[J];巖土工程學(xué)報(bào);2011年10期

10 單斌;熊熊;鄭勇;刁法啟;;2008年5月12日M_w7.9汶川地震導(dǎo)致的周邊斷層應(yīng)力變化[J];中國科學(xué)(D輯:地球科學(xué));2009年05期

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1 佘繼平;頁巖井周地層—封堵帶系統(tǒng)突變失穩(wěn)機(jī)理[D];西南石油大學(xué);2016年

2 康勇;深埋隧道圍巖破壞機(jī)理相關(guān)問題研究[D];重慶大學(xué);2006年

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1 阮彥晟;斷層附近應(yīng)力分布的異常和對地下工程圍巖穩(wěn)定的影響[D];山東大學(xué);2008年

本文編號：2611268