太岳山深埋长隧道地应力场研究及其应用-论文.pdf

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1、第46卷第11期人民长江Vo1.46.No.112015年6月YangtzeRiverJune,2015文章编号:1001—4179(2015)11—0030—06太岳山深埋长隧道地应力场研究及其应用彭潜,尹健民,李永松(长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室,湖北武汉430010)摘要:山西省黎城至霍州高速公路的太岳山隧道属于典型的深埋长隧道,采用水压致裂方法对工程区ZK6勘探钻孔进行了地应力测试。测试数据表明:工程区原岩应力主要为水平构造应力,总体应力场特征呈典型的构造应力场类型,隧道围岩属高应力水平。基于实测结果,分析了水平主应力随埋藏深度的变化规律,并论述了

2、侧压系数、侧压比与埋藏深度的关系。通过对初始应力场进行有限元数值模拟可得,实测值与回归值吻合较好,模拟结果也良好反映了该区地应力分布规律。在应力分析的基础上,探讨了地应力场与隧道轴线布置方向的关系、隧道开挖形状的选取和岩爆预测等工程应用问题。关键词:地应力测试;应力场特征;数值模拟;工程应用;太岳山隧道中图法分类号:P642文献标志码:ADOI:10.16232/j.cnki.1001—4179.2015.11.008引起地壳岩体产生变形、断裂、褶皱及地震的根本道按左、右两线分离式设计,左、右线均属特长隧道,洞作用力,我们称之为地应力,在未受扰动的岩层中发生体净空(宽

3、×高)为1025cmx500cm,两洞中轴线最的变形或破裂均是地应力活动的体现¨。地应力起大间距约35m,最小间距约为25m,洞体轴线进出口始于漫长的地质时期,加上多期构造作用及地壳环境段均为弧线形,洞身段为直线型,总体轴向近NW向。的影响,逐渐形成复杂的现今应力场。一定区域的现左线洞体全长11150m,洞体最大埋深656.8m;右线今应力场状态,对影响区域内的断层活动性及岩体工洞体全长11180m,洞体最大埋深667.9m。程稳定性至关重要。在山区道路交通和水利工程建设工程区总体地形西部高,东部低。区内总体以山中,穿越复杂工程区的大型深埋隧道越来越多。建在地为主,受

4、后期地质构造、长期堆积及侵蚀作用影响,某些软弱岩层及构造破碎带的隧道因受高地应力作用局部形成带状河谷和洪积台地,发育有山地、黄土峁、常会发生变形破坏,而在坚硬岩层洞段则可能发生岩梁、冲沟、河谷、阶地等微地貌单元。隧道围岩段①由爆等地质灾害。因此,岩体应力场研究对于隧道工程白云岩、灰岩、泥灰岩、白云质灰岩等碳酸盐岩和断层的科学设计和安全施工都具有十分重要的现实意义。破碎带组成;段②由砂岩组成,段③由混合岩化黑云角本文基于山西黎城至霍州高速公路的穿岭隧道一闪斜长片麻岩等变质岩和断层破碎带组成,工程地质太岳山隧道的水压致裂法应力测试结果,系统深入分平面如图1所示。隧道线路构

5、造单元有:郭道一安泽析该区地应力场特征及规律,为该地区隧道轴线、开挖近南北向褶带、太岳山坳缘翘起带及洪洞一临汾凹陷。根据物探测试及地质测绘结果,隧道区范围内共发现方式的选择以及隧道稳定性分析评价提供参考。28条断层,其中有25条断层穿越了隧道。1工程概况与地质条件2地应力测试结果及分析太岳山隧道位于陕西省临汾市古县北平镇二道河村和霍州市李曹镇杨家庄村之间,横穿太岳山脉,为黎2.1地应力测试结果城至霍州高速公路沁源至霍州段内的穿岭隧道。该隧利用水压致裂法开展地应力测量,根据现场钻孔收稿日期:2015—0l一17作者简介:彭潜,男,硕士研究生,主要从事石力学与工程应用等方

6、面的研究。E—mail:475312353@qq.eom第11期彭潜,等:太岳山深埋长隧道地应力场研究及其应用31岩芯的完整性选取合适的试验段,在孔ZK6不同深度2.2测试区域地应力场特征初步分析目\隧进行测试,共获得18点实测资料,并计算各点的最大、18个测点数据中,属于>>,(垂直主应。瑚

7、i伽枷啪咖㈣最小水平主应力值。工程区水平主应力值随深度的分力)型的有7个,占总测点的38.9%,位于工程区浅布关系见图2,随着测点深度的增加,水平主应力总体部;属于>>型的有11个,占总测点的上呈增大的趋势,基本呈线性分布。61.1%,主要位于相对深度较大的工程区。可初判该工程

8、区地应力场总体上以水平应力为主,即属于典型的构造应力场类型,总体特征为>>or型。依据《工程岩体分级标准》(GB/50218—94)],因测试部位围岩为片麻岩,岩石单轴饱和抗压强度取R=60MPa,岩体应力量级为中~高应力水平。而在隧道高程附近岩体R⋯/or值(Or⋯为垂直洞轴线方向的最大初始应力值)在5附近,为高应力水平。侧压系数A为最大水平主应力与垂直主应力图1太岳山隧道工程区地质平面Or的比,亦即A=H/Or(3)应力/MPa侧压系数随深度的变化见图3,拟合关系式为48l2l6A=一0.00542+2.992(4)图3侧压系数A与深度的关系相关

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