浅谈隐伏溶洞对隧道围岩——支护结构稳定性的影响研究

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1、摘要隐伏溶洞对隧道围岩－支护结构稳定性的影响研究专业：岩土工程答辩日期：2006-03作者：宋战平签名：指导教师：李宁签名：摘要岩溶灾害是山区隧道建设中常见的地质灾害之一，论文针对岩溶区隧道建设中隐伏溶洞对隧道围岩、支护结构稳定性的影响展开研究，主要进行了以下几方面的研究工作：(1)结合西南地区岩溶隧道灾害调查，对不同空间展布和尺度隐伏溶洞引起的隧道工程问题进行分析，针对该地区常见隐伏溶洞对隧道稳定性的影响建立了相应的力学分析模型。在分析溶洞形成机理和围岩变形特性基础上，提出了溶洞模拟的“空场”力学

2、模型和考虑溶蚀条件的“隧道”力学模型。(2)分析了含大尺度隐伏溶洞时溶洞与隧道间岩层的失稳机理，将大尺度隐伏溶洞影响时隧道顶板、底板的失稳简化为梁板的跨塌问题，采用弹性理论推导了岩溶隧道顶板、底板的最小安全厚度分析计算公式。(3)针对大部分常见中、小尺度溶洞引起的岩溶隧道稳定性问题，应用数值试验方法，系统分析了不同位置、规模的隐伏溶洞对圆形、城门洞型隧道围岩应力、位移和支护结构内力的影响；分析了不同溶洞影响下围岩塑性区的变化特征。在数值试验基础上，对不同规模、位置隐伏溶洞引起隧道位移变化规律的内在机

3、理进行了分析；给出了隐伏溶洞影响时隧道围岩位移、应力和支护结构内力变化的量化特征；提出了隐伏溶洞影响范围划分图。(4)研究了不同位置、尺度隐伏溶洞对隧道围岩空间位移变化特征的影响；分析了不同围岩条件和地应力条件时隐伏溶洞对隧道围岩位移、应力和支护结构内力影响的变化规律。(5)跟踪岩溶区隧道施工进行了现场原位试验，对几种空间展布和尺度隐伏溶洞引起的围岩位移、应力和支护结构内力的影响进行了现场测试；分析了不同围岩条件时隐伏溶洞对隧道围岩和支护结构特性影响的变化规律。通过依托工程典型洞段洞外预埋位移观测仪

4、器（机械式多点位移计），研究了有溶洞与无溶洞条件下隧道位移空间变形特性的变化。现场原位试验，进一步验证了数值试验分析结论的合理性和可信性。关键词：隐伏溶洞，围岩稳定性，支护结构内力，数值试验，现场测试i摘要RESEARCHONTHEINFLUENCEOFCONCEALEDKARSTCAVERNSUPONTHESTABILITYOFTUNNELSANDITSSUPPORTSTRUCTURESpeciality:GeotechnicalDate:2006-03Candidate:SongZhanping

5、Signature:Supervisor:LiNingSignature:AbstractKarstdisasterisoftenencounteredintunnelconstructionofmountainarea.TheinfluenceofconcealedcavernsonthestabilityoftunnelsinKarstregionisresearchedinthispaper,whichmainlycontainsasfollows:(1)Accordingtothesurve

6、yonthetunnelKarstdisasterinsouthwestchina.TunneldestabilizationresultingfromconcealedKarstcavernsfallintotwotypesandthecorrespondingmechanicsmodelissetup.ConsideringtheformationofKarstcavernsandthedeformationpropertyofsurroundingrock,themechanicsmodelo

7、fKarstcavernscanbedividedintoopen-fieldmechanicsmodelandexcavationmechanicsmodelaccordingtodifferentrheologicalcharacteristicsofthesurroundingmass.(2)WhenjumbosizeconcealedKarstcavernsarecontained,thedestabilizationmechanismofrockbetweenKarstcavernandt

8、unnelisanalyzedandsimplifiedintocollapsedestabilizationofbeamsandplates.Thetheoreticalformulafortheminimalsafethicknessofthetunnelroofandbedplatearededucedaccordingtotheelastictheory.(3)ThemostKarsttunnelproblemswithmiddleandsmallsizeca