水平薄层隧道围岩变形破坏特征研究

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1、水平薄层隧道围岩变形破坏特征研究摘要：本文以山西省平榆高速公路狮子凹隧道工程为依托，对水平薄层隧道围岩变形破坏特征进行了研究。结合工程实践及现场监控量测数据，总结出水平薄层隧道围岩的变形破坏特征。关键词：水平薄层围岩；变形破坏特征；监控量测Abstract:Inthispaper,takePingyuHighwaylionconcavetunnelprojecttorelyinginShanxiProvince,studythelevelofthin-layertunnelsurroundingrockdeformationandfailurecharacteristics・Engin

2、eeringpracticeandon-sitemonitoringofthemeasureddatasummedupthelevelofthethinlayeroftunnelsurroundingrockdeformationandfailurecharacteristics.Keywords:horizontalthinlayersurroundingrock;deformationandfailurecharacteristics;monitoringmeasurement中图分类号：U452.1+2文献标识码：A文章编号：水平岩层(horizontalstratum)是指产状

3、呈水平或近水平的岩层，即同一层面上的各个点大致具冇相同的海拔高度，地质图上的地质界线大致平行丁•地形等高线。层状岩层在自然界中分布较广，在工程活动中会遇到大量山水平岩层所带来的诸多工程问题，尤其是隧道工程。水平薄层是层厚小于30cm的岩层，其稳定性较差，对隧道的开挖支护极为不利，因此对于水平薄层用岩的变形破坏特征进行探索研究，有着重大的理论意义与实际应用价值。1工程概况狮了凹隧道为-座上、下行分离的四车道高速公路特长隧道，隧道起点平遥段洞U位于山西省祁县境内，终点榆社段洞口位于榆社县境内O隧道左线起讫桩号为SZK44+376〜SZK48+758,全长4382m,右线起讫桩号为K44+2

4、54〜K48+765,全长4511m。狮子凹隧道I韦I岩岩性主要以砂岩、砂质泥岩和泥质砂岩为主，以砂岩与泥岩互层为其基本特征，这些都属于弹蜩性软质岩，岩体屮含有大量的粘土矿物。狮子凹隧道所处地区岩层倾角较缓，层间结合差，陡倾节理发育，泥岩强度低且遇水后易软化，易于风化剥落，薄层围岩所占比例较大,围岩稳定性较差。2薄层状岩体结构岩体是在地质历史过程屮形成的，由岩块和结构面组成、具有一定的结构并赋予一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体，结构面和结构体是它的两种结构单元。结构面是指存在于岩体内的各种不同特征、不同成因的地质界面，隧道围岩中存在着大量的层理、节理、裂隙等各种结构面。结

5、构体是经过结构面切割以后形成的岩石块体。不同的结构面与结构体之间以不同方式排列组合便形成了不同的岩体结构类型。因为组成岩体的岩性、其所受的构造变形及次生变化是不均一的，所以岩体结构是复杂的，为了概括岩体结构1们与结构体的形成原因、特征及其排列组合关系，在岩体结构力学理论中将岩体结构划分为五大类，即整体结构、块状结构、层状结构、碎裂结构、散体结构，其中层状结构按软弱面发育密度可分为层状（软弱面间距50〜30cm）、薄层状（间距小于30cm）。薄层状结构在构造作用下表现为相对强烈褶曲和层间错动，其层理、片理发育，原生软弱夹层层间错动和小断层不时出现，结构面多为泥膜、碎屑和泥质物充填，一般结

6、合力差，结构体形态为板状或薄板状。3水平薄层状围岩破坏形式3.1层状岩体围岩破坏层状结构岩体构造较为简单，它可以由单一岩性构成，也可由不同岩性互层或夹层组合而成，常以软硬互层的形式出现，层面常有层间错动及泥化夹层等软弱结构面发育，且层面之间粘结力较弱。岩层产状及岩层组合是水平层状岩体变形破坏的主要控制因素。其破坏多为顶部弯曲下沉和产生离层，当下沉量较大时，分层出现折断破坏，破坏形式主要有：沿层面张裂、折断塌落、弯曲内鼓等。在成层性好且软弱夹层发育、产状平缓的层状岩体屮开挖的隧道跨度较大时，拱顶围岩稳定问题比较突出，当遇有断层且其走向与隧道中轴线夹和较小时，拱顶最易发生塌方。不同产状围岩

7、的变形破坏形式如图io对于层状岩体，应抓住层面特征、产状、层厚等來分析其变形及破坏机制。在水平层状围岩中，可以认为产状平缓的层状岩体在洞顶处形成类似于组合梁结构，洞顶两端是固定的梁板，在顶板压力作用下，梁板将产生下沉弯曲、开裂，形成悬臂式组合梁结构，其安全度就人为降低。当岩层较薄时，如果不及时支护，任其发展，则会逐层折断而塌落，最终形成如图la所示的状况。(a)(b)(c)图1层状須岩变形破坏特征(a)水平层状岩体；(b)倾斜层状岩体；(c)直