针对叙大铁路隧道节理特征对围岩变形的影响

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1、第３０卷第４期甘肃科技Ｖｏｌ３０Ｎｏ４２０１４年２月ＧａｎｓｕＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＦｅｂ２０１４叙大铁路隧道节理特征对围岩变形的影响刘江昊，巨能攀，霍宇翔（成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川成都６１００５９）摘要：节理发育是隧道变形的主要影响因素之一。以叙大铁路隧道节理的发育特征情况为背景，采用离散元软件ＵＤＥＣ对隧道围岩节理特征进行了数值模拟，分析了围岩节理组数、倾角、间距以及围岩支护对隧道变形的影响。研究结果表明，隧道变形随节理组数增大而增大，主要点变形区域受节理倾角控制，当隧道节理间距小

2、于１ｃｍ时，对隧道围岩变形影响较大。关键词：隧道；节理特征；围岩变形中图分类号：Ｕ４５６隧道围岩是长期自然形成的地质体，它具有各－２５ｍ≤ｘ≤２５ｍ，－２５ｍ≤ｚ≤２５ｍ。种各样的不连续结构面，其中节理切割的岩体是隧根据现场情况调查，在模型中将结构面类型分道围岩最常见的情况。从目前的研究现状来看，节为以下几种情况：理的间距、组数、产状等都对隧道，开挖后围岩稳定１）单组节理：倾角０°，３０°，４５°，６０°；［１－７］性有很大影响。２）两组节理正交节理（０°与９０°），（６０°与根据叙（叙永）大（大村）铁路各隧道节理发育１２０°）；特征的情况，

3、采用离散元软件ＵＤＥＣ对隧道围岩节３）节理间距包括：０．５ｍ，１ｍ，２ｍ，３ｍ。理特征进行了数值分析，分析了围岩节理组数、倾为能比较准确捕捉到隧道开挖后围岩运动过程角、间距以及围岩初期支护对围岩变形的影响。研中位移变化，在模型中布设监测点，监测点布置方法究结果对今后隧道的施工以及支护设计有一定参考为：在隧道拱顶正中的位置布置监测点Ａ，位移监测价值。点具体布设如图１所示。１工程概况新建的地方铁路－叙（永）大（村）铁路出口与叙永县的纳（溪）叙（永）铁路叙永站出站端相接（ＤＫ０＋４７９．５７），途经叙永县西湖乡、震东镇随后进入古蔺县境内的箭竹乡、经

4、德耀镇、龙山镇、最终止于大村镇（ＤＫ８６＋８４４），线路全长８５．３９０ｋｍ。其岩层层装从中薄层—厚层，节理裂隙极为发育，结构面组合形式多样，对隧道的施工和围岩稳定性造成图１断面拱顶下沉监测点布置了极大的影响。２．２材料取值模型中围岩采用理想弹塑性材料；开挖采用了２数值模拟分析Ｎｕｌｌ模型；衬砌支护喷射混凝土层采用实体单元，弹２．１模型的建立性本构模型；计算过程中采用了ＵＤＥＣ提供的Ｍｏｈｒ采用ｕｄｅｃ离散元软件进行数值模拟。根据叙－Ｃｏｕｌｏｍｂ强度准则；初始应力场按自重应力场施［８，９］大铁路隧道衬砌断面及钢架支护参考图，该岩加。围岩、节

5、理及衬砌的物理力学参数见表１～３。溶隧道最大埋深３４８ｍ，隧道断面高度为９ｍ，断面宽表１岩块参数［１０］度为６ｍ，隧道衬砌厚度为２０ｃｍ。根据文献地下重度弹模粘聚力摩擦角泊松比洞室围岩范围大约为其横断面最大尺寸的３～５倍，（ｋＮ／ｍ３）（ＧＰａ）（ＭＰａ）（°）因此，取模型剖面尺寸为：２４２３．２０．２６０．８３８第４期刘江昊等：叙大铁路隧道节理特征对围岩变形的影响２７表２节理参数图３为模拟中无支护情形下双组节理６０°和１２０°的法向刚度法向刚度内摩擦角粘聚力位移云图。－１－１（°）（ＭＰａ）（ＧＰａ·ｍ）（ＧＰａ·ｍ）３７１．５３００．５表

6、３支护结构的参数重度体积模量剪切模量厚度３（ＧＰａ）（ＧＰａ）（ｃｍ）（ｋＮ／ｍ）２５１４．６１１．０２０．０３模拟结果及分析３．１不同节理组数模拟结果分析图３无支护围岩变形云图根据隧道节理发育情况，取单组节理（０°，６０°）３．２不同倾角模拟结果分析和双组节理（０°和９０°，６０°和１２０°）在不改变边界条取倾角分别为０°，３０°，４５°，６０°，９０°的节理组，件和力学参数的情况下进行比较分析。在不改变边界条件和力学参数的情况下进行模拟比四组模型拱顶监测点Ａ在ｙ方向的位移值见较分析。表１，可以看出在两组节理情况下，Ａ点沉降比在单模拟结果中

7、Ａ点在ｙ方向的位移值见表５，可组节理情况下大得多，在双组节理６０°和９０°时，其以看出，节理倾角的变化对拱顶Ａ点的沉降也产生沉降值最大，可见当隧道中出现Ｘ节理时，对隧道了明显的影响。在０°到６０°的范围内，其变化值较围岩的稳定性影响非常大，需要特别注意，见表４。小，在１ｍｍ以内，但当节理成９０°时，其沉降值发生隧道开挖后ｙ方向的位移云图如图２所示，其了显著变化，几乎达到了节理为４５°时的２倍以上，结果也显示，在双组节理情况隧道附近围岩的变形因此，可以认为此种工况隧道的稳定性最差。值比单组节理情况下要大得多。表５不同倾角模型拱顶Ａ点沉降值表４模

8、型拱顶Ａ点沉降值节理倾角（°）０３０４５６０９０节理组合（°）０６００，９０６０，１２０沉降值（ｍｍ）３．３３．０３．４３．２６．４Ａ点沉降（ｍｍ）３．４３．２７．