富水地层中的破碎带对隧道围岩稳定性影响数值分析

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1、富水地层中的破碎带对隧道隔7÷稳定一f牛影响分析绪论1绪论1．1概述隧道作为人类生活的基础设施，在国民经济的发展中占有重要的地位。21世纪是隧道及地下工程蓬勃发展的时期。近代隧道兴起要追溯到17世纪欧洲的运河隧道。1556年GeoryBauer在其著作((采矿冶炼手册》中首次涉及了隧道工程。随着社会经济的发展，交通工程建设日渐增多，从而对交通提出了更高的要求。1823年英国工程师勃召奈尔主持修建了世界上第一条在软土层中的隧道。对工程理论知识的不断探索和工程经验的日益积累，人们逐渐总结出各种隧道及地下工程设计和施工的方法和手

2、段，在土木工程领域中逐渐形成一门独立的学科。我国隧道建设虽然起步较晚，但发展较快，已有了长足的进步，完成了不少工程，在设计理论和修建技术方面取得了一批研究成果。但目前我国隧道建设的许多工程技术问题还有待于进一步研究和在实践中去解决，而且随着隧道穿越地形越来越复杂，技术要求越来越高，对隧道建设的要求也逐渐提高。我国地形地貌以山地丘陵为主，地质条件相当的复杂，各种地质灾害也很严重，隧道工程建设难度大。天然岩体总是赋存于一定的地质环境中，在岩体地质环境形成的过程中，由于地质作用或人类活动的影响，必然存在有大量的断层、节理、孔隙等

3、地质构造，隧道工程常常穿越破碎岩土体，破碎岩土体内部发育着多组结构面，且结构面的贯通性好，导致了岩体的完整性比较差、整体强度低、自稳性差、开挖后自稳时间长，易于出现冒落破坏，形成安全事故。这类岩体受强烈构造运动影响后产生严重变形或破裂。在此类岩体中开挖隧道难度很大；在富水地层中，这样的地质条件为地下水等流体介质的存在和运动创造了条件，使得工程对象不再是单一的固相介质，而且在隧道工程中存在着高水压，对于穿越富水地层的隧道工程，作用在衬砌上外水压力的分布和大小直接影响衬砌的设计和隧道运营的安全[1-3l。因此，隧道工程经常是涉

4、及多场的相互耦合体。大量工程实践表明，岩土富水地层中的破碎带对隧道l啊崭稳定性影响分析绪论体中渗流场和应力场之间相互依存、相互联系、相互影响【4】。在我国公路隧道工程的建设中，如1998年任胡岭隧道工程【5】’隧道长约1．9krn的进洞口一带处于一个多方向、多期次断裂活动的复杂地质构造背景条件。围岩区地下水主要为基岩破碎带网状裂隙水及第四系松散坡残积土孔隙水。由于断裂破碎带胶结力差，导水性好，且断裂带延伸长度较长、宽度较宽，断裂带具备良好的储水条件。在右洞上导洞开挖掘进至K85+295时，从拱部左侧突发大量涌水。近十几年来

5、，随着我国经济的高速发展，基础交通工程的建设项目也越来越多，对于大量穿越山岭区的地下隧道，往往地形复杂，地下水资源丰富，降雨丰沛，渗水漏水就成为了隧道工程建设中比较突出的问题，并严重危害了隧道工程和施工人员的安全。因此，考虑存在破碎带和地下水因素对隧道围岩稳定性的影响，通过考虑流固耦合效应计算衬砌外水压力并优化衬砌的排水设计，对于指导工程实践具有重要意义。1．2隧道围岩稳定性的研究方法围岩稳定是隧道安全施工的基本条件，那么如何维持隧道围岩的稳定就成为隧道工程中最基本的问题，因此国内外学者应用各种研究方法对围岩稳定性开展了大

6、量的研究工作，取得了丰富的研究成果。目前围岩稳定性的研究方法可归纳为理论分析法、数值模拟法、物理模型实验法和现场试验法等f5】o1．2．1理论分析法目前比较成熟的围岩稳定性研究理论仍基于连续介质力学，对于非连续介质的岩体并不能完全适用，因此理论研究的成果我们应该正确地对待。目前理论研究方法存在的最大缺陷是对于具体工程围岩的位移、应力、失稳机理等都难以给出最比较合理的解释。但是理论研究成果对于从概念上理解和分析围岩稳定性的规律，认识支护的作用机理等方面有着重要的意义和作用，岩体力学理论和围岩稳定性研究的完善与理论水平的提高有

7、着密切的关系。1．2．2数值模拟法随着计算机应用水平的提高，数值模拟法在隧道围岩稳定性分析中的应用越来越广泛，从早期的有限差分法、有限元法、边界元法到近二十年来出现的2富水地层中的破碎带对隧道同岩稳定件影响分析绪论主要针对岩土材料的离散元法、非连续变形分析、快速拉格朗日差分法等，这些方法针对的研究对象各有其优点和缺点。有限元软件技术发展极为迅速，是研究隧道围岩稳定性应用最为广泛的数值分析法，出现了大量优秀的有限元软件，如ABAQUS、ANSYS、AGLOR等，能够进行线性、非线性、静力、动力的各种分析，可以模拟应力场、渗流

8、场、温度场或多场耦合的分析等，能够满足工程数值模拟的各种要求，且已有大量的应用实例。作为国际上知名的岩土软件，UDEC、FLAC等在地下工程上的应用也十分广泛。UDEC(universaldistinctelementcode)，是基于离散元开发的商业软件，主要适合于模拟不连续围岩的稳定性问题，如研究各