考虑松弛及蠕变特性的隧洞稳定性数值分析.pdf

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1、第３７卷第４期人民黄河Ｖｏｌ．３７，Ｎｏ．４２０１５年４月ＹＥＬＬＯＷＲＩＶＥＲＡｐｒ．，２０１５【工程勘测设计】考虑松弛及蠕变特性的隧洞稳定性数值分析马鑫磊，任光明，夏敏（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：随着岩体工程的不断发展，隧洞的长期安全和稳定越来越受到重视。结合工程实例，依据某引水隧洞的现场监测成果和数值模拟结果，基于开挖松弛及软岩蠕变特性对隧洞围岩稳定性进行了研究。结果表明：引水隧洞变形量主要发生在顶拱，变形遵循显著变形期→缓慢变形期→基本稳定期的规律；对于软岩

2、隧洞，在数值模拟计算时应重点考虑软岩的蠕变特性，即软弱围岩的长期变形特征对隧洞的稳定性起着决定性作用；同时，基于蠕变模型，还可以发现围岩开挖松弛厚度亦对模拟精度影响较大。关键词：软岩隧洞；蠕变；开挖松弛；稳定性分析；ＦＬＡＣ３Ｄ数值模拟中图分类号：ＴＶ６７２文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１３７９．２０１５．０４．０２９目前，地下工程正在向着“长、大、深、群”的方向１２３～３３７ｍ，最大６９１ｍ，属长大引水洞，在洞室施工发展［１－４］，如锦屏水电、三峡工程等复杂隧洞及洞室过程中采取全断面光面

3、爆破。隧洞区河谷深切，斜坡群，因此人们对工程围岩体的卸荷变形、破坏发展及稳陡峻，呈典型高山峡谷地形特征，引水隧洞沿线主要出定性研究越来越重视。并且，通过工程实践可以明确，露中、上志留统（Ｓ２－３）及第四系（Ｑ）地层，主要岩性为洞室开挖将破坏原有的力学平衡状态，导致应力重分绢云母千枚岩夹板岩和炭质千枚岩，弱－微风化，岩性布，当重分布的应力小于岩体的弹性模量极限时，洞室软弱，力学强度低，呈层状结构，局部岩体成层状碎裂处于稳定状态；反之，则从洞周开始出现裂隙并逐渐向结构，断裂较发育，岩层产状为ＮＷ２９５°～３２５°ＳＷ岩体内部

4、延伸，从而出现应力影响区和体积应变变化∠７６°～８１°，是高倾角，且走向与洞向夹角较小，对洞区，而这将在一定程度上降低岩体质量及其完整性，影室稳定不利；引水隧洞内共揭露断层１０多条，以层间响洞周岩体的稳定性，进而影响工程施工的安全性及挤压带为主，此外岩体中裂隙多成组发育，且主要表现支护效果［５］。同时，岩体的应力调整和变形通常不是为４组；洞室围岩以Ⅲ～Ⅳ类岩体为主，Ⅳ类围岩主要瞬时效应［６］，特别是对于软岩，其流变性［７－８］将是影响分布在断层及裂隙发育密集洞段和渗水量较大地段，松动圈厚度甚至是变形、失稳的重要因素之一，

5、但是以围岩的变形破坏主要表现为受裂隙影响的松动和坍往的工程实践却相对较少考虑岩体蠕变特性和开挖松塌。从隧洞沿线水文地质条件可知，洞室虽基本位于弛厚度对洞室稳定性的影响，因此笔者基于围岩开挖地下水位以下，但地下水对其稳定性影响较小，不存在松弛及蠕变特性，利用ＦＬＡＣ３Ｄ软件对某软岩引水隧大的涌水等问题。洞进行了稳定性分析、评价，通过与实际监测资料对比２引水隧洞围岩变形监测成果分析可知，对于软岩隧洞的模拟计算，应重点考虑蠕变及开挖卸荷对围岩稳定性的影响。隧洞等地下工程处于岩土体之中，其受力特点不明确，影响因素复杂，且随着隧洞

6、开发利用程度的不断１隧洞围岩的基本地质条件深入，开挖隧洞的断面面积越来越大，遇到不良岩土体某水电站位于甘肃省迭部县县城下游，为引水式，的几率随之增多，对隧洞工程的安全开挖和支护要求其引水隧洞位于坝后右岸，为浅埋隧洞，沿右岸山体布逐步提高，因此对施工隧洞进行现场监控量测具有重设，洞轴线方向由ＮＷ３１６°（引０＋０６４．５１９—０＋２８９．１０６段）大的经济意义和实际应用价值。转向ＮＷ２７５°（引０＋２８９．１０６—３＋９１６．１３２）再转向收稿日期：２０１４０５０２ＮＥ４５°（引３＋９１６．１３２—４＋１７６．５０段）延伸

7、至水电站基金项目：国家自然科学基金资助项目（４１０７２２２９）。厂房，全洞线长４１７６．５０ｍ，主洞呈圆形，开挖断面约究作方者向简为介水：利马水鑫电磊工（程１９９岩０土—体），稳女定，吉性林及四灾平害人。，硕士研究生，研８．０ｍ，设计坡降０．４３４％，引水隧洞为有压隧洞，埋深Ｅｍａｉｌ：ｍａｘｉｎｌｅｉ１９９０＠１６３．ｃｏｍ·１１５·人民黄河２０１５年第４期２．１周边收敛及拱顶下沉量测边介质应力状态、探测洞壁岩体的松弛厚度，为洞室施隧洞内壁面两点水平连线方向的相对位移称为周工设计提供相关的参数［１０］。根据引水隧洞的

8、地质条边收敛［９］。收敛值为两次量测的距离之差，即收敛件和地质要求，采用单孔声波法，利用国产ＳＴＯ１Ｃ声值＝当次测值－初始测值，正值为增长，负值为缩短，波仪对引水洞代表性断面３＋９００进行松动圈测试，孔它能反映洞室的工作状态和受力性状。收敛测线的布位布置见图３，设计孔深３．５ｍ，由孔底向孔口连续观置和数量与地质条件、