大跨度岩体隧道工程块体滑落的概率分析

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第24卷第6期东北大学学报(自然科学版)Vo1．24．No．62003年6月JournalofNortheasternUniversity(NaturalScience)Jun．2003文章编号：1005—3026(2003)06—0593—04大跨度岩体隧道工程块体滑落的概率分析许研，王述红，朱浮声(东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳110004)摘要：介绍了块体理论，在沈阳至大连高速公路韩家岭隧道工程岩体结构面的观测和调研的基础上，引入概率理论对被节理切割的岩

2、体中关键块进行了分析，推导了概率分析模型，从而使原来的一些关键块体转化为稳定块体，使滑落块体的数量更接近实际工程，并应用于韩家岭隧道工程稳定性分析中．初步结果表明，块体理论适用于像韩家岭大跨度隧道工程等局部围岩稳定性分析问题，大跨度岩体工程的稳定性主要取决于结构面的产状和物理力学性质，以及临空面的几何形态，提出的概率分析理论符合工程实际．关键词：岩体结构面；关键块体；概率分析；大跨度；低应力浅埋隧道；岩体不连续面中图分类号：TU923；TU457文献标识码：A在大跨度岩体隧道工程中，岩体破坏失稳与结1)结构面和临

3、空面为平面，对于每个具体工构面的发育程度、组合特征有着密切关系，结构面程，各组结构面具有确定的产状，并由现场量测获性质与组合方式常常决定岩体变形破坏失稳方式．得；由于岩体本身地质条件的复杂性，结构面对岩体稳2)结构面贯穿所研究的岩体，即不考虑岩石定性有重要影响，往往起控制作用，传统的以应力块体本身的强度破坏；和位移作为主要研究目标的力学理论，在研究岩体3)结构面为刚体，不考虑块体的本身变形和工程破坏失稳方面，往往与工程实际存在较大的结构面的压缩变形；差距．在实践中岩体工程的稳定性分析应根据不同4)岩体失稳是在各种

4、荷载作用下沿着结构的岩体结构发育程度、组合特征选用不同的分析手面产生剪切滑移所造成的后果，不考虑倾覆失稳．段．块体理论主要研究节理切割岩体后形成的块体当然，实际岩体中的节理都是随机分布的，同稳定性问题，特别是大跨度隧道开挖的岩体工程有一组节理由于多种因素的影响，其每条节理的产很大的实用价值．近年来国内外不少学者在这方面状也不完全相同．尤其是第二条假设，假定节理贯做了许多研究【1-12]，取得了一些进展．穿所研究的岩体，这与实际情况极不相符，因为实本文应用概率分析理论对韩家岭大跨度隧道际节理的迹线长度不可能是无限长

5、的，而是具有工程进行了初步分析，为工程稳定性分析提供一有限的长度．这样运用块体理论得出的关键块体种行之有效的方法．是最临界的情况．实际上由于节理长度有限，没有把块体完全切割下来，有时无法构成裂隙块体，所1研究方法以原来用块体理论确定的关键块体中的一部分将块体理论的分析首先对块体进行几何分析，转变成无限块体，因此，实际开挖岩体中的关键块排除所有的无限块体和不可动块体，再通过运动体的数量要大为减少．学分析找出在工程作用和自重作用下的所有可能对于一个拟定开挖和一组特定不连续面，可失稳块体，然后根据滑动面的物理力学特性，

6、确定以采用确定性关键块分析来确定关键块的形I临空面上所有的关键块体并计算出其下滑力．需态LlJ．这种方法是对所有的开挖面和不连续面的要说明的是，用块体理论分析岩体的稳定性，都是组合加以研究，以便确定哪种组合会形成关键块．在块体理论的基本假设基础上进行的，块体理论为了形成一个关键块，不连续面和开挖面必须形的基本假设有以下几点：成一个完全孤立的、有固定形状的岩块．同时，这收稿日期：2002-08—12基金项目：里项主目省(20自0然1科学基金资助项目(20021008)；中国博士后科学研究基金资助项目(2001—14

7、，第3o批)；辽宁省交通厅科技—1—76)．作者简介：许研(1975一)，男，吉林长春人，东北大学博士研究生；~(1948一)，男，吉林长春人，东北大学教授，博士生导师．维普资讯http://www.cqvip.com594东北大学学报(自然科学版)第24卷个岩块的表面摩擦应不足以阻止该面上的作用S=Si，(2)力，这样它才可能滑动到开挖体中．一旦确认一组s=．(3)不连续面的组合可能与开挖面相交形成一个关键块，就能够确定产生可能的最大关键块的不连续式中，，z为结构面i的向上单位法线矢量．面的位置．块体沿结构面i

8、的滑动还必须满足下列两个条件：2块体稳定性概率分析①是合力R使块体不脱离滑动面i，即关键块体是岩体中的薄弱环节，这不仅在于R·≤0；(4)它能自行冒滑，而且一旦冒滑后则会对相邻块体②是块体的运动方向S使除i以外各结构提供释放并有可能引起连锁反应产生一系列的冒面与岩体脱开，即滑导致岩体工程失稳．因此，块体理论的核心是找S·>0．(5)出临空面上的关键块体，以便对它们采取工程