秦岭隧道在深埋高地热条件下围岩变形粘弹性分析

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1、990308岩石力学与工程学报CHINESEJOURNALOFROCKMECHANICSANDENGINEERING1999年第18卷　第3期Vol.18　No.31999秦岭隧道在深埋高地热条件下围岩变形的粘弹性分析*刘保国　杨英杰　张　清摘要　根据秦岭隧道围岩在不同温度下的蠕变试验结果，用粘弹性理论对处于深埋高地热条件下的隧道围岩粘弹性变形进行了定量的分析，指出了高温与常温条件下围岩变形存在的差异及高温条件下可能带来的问题，对及早预防高地热引起的灾害有积极的作用。关键词　隧道，高地温，围岩变形，粘弹性分类号　U459.1，TU451VISCO-EL

2、ASTICALANALYSISOFSURROUNDINGROCKDEFORMATIONOFQINLINGTUNNELATGREATDEPTHANDHIGHGROUNDTEMPERATURELiuBaoguoYangYingjieZhangQing(NorthernJiaotongUniversity,Beijing100044)AbstractAccordingtocreeptestresultsofsurroundingrockofQinlingtunnelunderdifferenttemperatures,visco-elasticaldefor

3、mationofsurroundingrockatgreatdepthandhighgroundtemperatureisanalysedquantitativelyusingvisco-elasticaltheory.Existingdifferenceofsurroundingrockdeformationbetweennormalandhightemperatureandproblemsathightemperaturearepointedout.Thishaspositiveeffectforpreventingearlydisastercau

4、sedbyhighgroundtemperature.Keywordstunnel,highgroundtemperature,deformationofsurroundingrock,visco-elastisity1　前　言秦岭隧道是目前我国建造的最长铁路隧道，采用单线双孔，每孔的长度均大于18km。隧道穿过地区具有埋深大、地温高的特点，根据深孔钻探测温资料显示，岭脊地段的最大埋深达1600m，岩温预计将达到39.27°C。并且在这一地区存在明显构造地应力，根据秦钻1～5孔地应力测量结果表明，最大水平地应力将达到27.3MPa。这表明，秦岭隧道的施

5、工将在高地温、高地应力的环境下进行。　　根据工程地质勘测的结果，秦岭隧道穿过地段的岩体主要是混合片麻岩，在进出万方数据file:///E

6、/qk/yslxygcxb/yslx99/yslx9903/990308.htm（第1／9页）2010-3-2313:16:11990308口地段间有少量的混合花岗岩和含绿色矿物的混合花岗岩。钻孔岩芯测量结果表明，隧道穿过的地段不同，围岩的强度也各不相同，单轴抗压强度从107.6～195.0MPa不等［1］，除少数断层带附近岩体比较破碎外，其他绝大部分地段围岩的强度均很高，属于坚硬致密的岩体。然而在上述高地温、高地热

7、条件下，Ⅱ线平导围岩将处于长期裸露状态，直至二次扩大断面至设计断面后进行永久支护需要两年半或更长时间；Ⅰ线TBM施工的支护也要滞后掘进面70～80m进行，在此期间围岩的变形随时间的增长是否会影响到围岩的稳定是本课题研究的主要方面。本文就是模拟上述的环境条件，在对现场爆破施工中获得的岩样进行一年多不同温度蠕变试验基础上，初步得到围岩的蠕变规律，继而从理论上对毛洞条件下围岩的蠕变变形进行了初步分析。2　试验情况简要介绍本次试验在中国科学院地球物理研究所进行。岩样取自现场爆破施工中的岩块，加工成直径2.5cm，高5.0cm的试块。共进行了5个断面15个试块在

8、不同温度下的单轴压缩蠕变试验，试验首先是将试块贴上应变片，放入到一种简易的液压加载设备中，再把整个加载设备置入到一个保温桶中，保温桶下部有加温用的电炉，加载油管、电炉导线、应变片和温度传感器的信号线集中从保温桶中引出；然后加温24h以上，以便使得试块的温度保持内外均匀，桶内的温度通过温度传感器由外部的温控仪控制，使得桶内的温度始终保持在50±0.1°C；最后由外部的液压控制台进行加载，加载有两种方式：一是一次加到合适的载荷保持不变，观测应变随时间的变化；二是比例加载，最后通过叠加获得不同级载荷下应变随时间的变化，每次试验的观测时间约三周。本文所用的试验

9、数据是混合片麻岩的典型试验结果，混合花岗岩的蠕变试验目前仍在进行。3　围岩变形的粘弹性分析3.