节理岩体隧道围岩稳定性判定指标合理性研究

隧道围岩失稳模式和稳定性判据一直是工程界争论的焦点,迄今没有科学合理的标准,常以洞周位移或塑性区经验值作为稳定性判定指标。洞周位移受围岩弹模、隧道形状等因素影响,而且不同部位变形值差异很大,很难找到统一标准;以塑性区作为稳定性判据优于以位移作为判据,围岩塑性化反映连续介质宏观塑性流动力学动态,而不能用于量化判定由优势结构面控制节理岩体破坏的隧道稳定性。文章结合细观节理形态和变化,通过UDEC离散元程序,研究节理岩体隧道失稳模式及量化的稳定性判定指标,探讨了细观结构机制和宏观力学行为关系。结果表明:(1)结构面极大地削弱岩体力学性质及其稳定性,结构面变形与强度性质对于隧道稳定性起着关键控制性作用;(2)节理岩体隧道扰动区可划分为脱落区、张开区和剪切滑移区,其中脱落区表征围岩失稳模式,张开区围岩处于脱落临界状态,即塌方潜在区域;(3)剪切滑移区是诱发围岩发生渐进性破坏主因,提出将剪切滑移区作为节理岩体隧道稳定性判定指标具有严格力学依据,可以定量化评价围岩稳定程度。最后,以在建兰渝铁路木寨岭隧道为例,对比了锚杆支护前后力学效应,验证了以剪切滑移区作为节理岩体隧道稳定性判定指标的可靠性、合理性和现实性。

节理破碎岩体隧道稳定性研究

岩体在最初形成以及之后的亿万年发展过程中，经受了各种复杂的地质构造作用，因此岩体中存在有大量的断层、节理和裂隙等结构面。这些各种类型的结构面正是岩体中的薄弱部分，它们的刚度和力学强度比岩石母体材料小得多。在节理破碎岩体中，隧道的失稳破坏往往是由于岩块沿节理面的剪切滑移造成的。以往对于节理破碎岩体稳定性的研究往往是将其理想化为连续介质，通过弱化岩体参数模拟岩体中的节理面，这种方法虽然具有一定的科学性，但是忽视了节理面和岩块之间的区别，往往和工程实践有一定差别。运用离散单元软件对节理破碎岩体中的隧道施工进行数值模拟，研究了节理破碎岩体中隧道开挖扰动区分布规律稳。通过扰动区、洞周位移及洞周应力的分布情况，并通过与完整岩体的对比，发现当节理密度达到一定程度的时候，剪切滑移区的分布与完整岩体塑性区分布相似，说明对于及破碎岩体而言，当破碎达到一定程度，其性质趋向于连续介质。这一结论对于节理破碎岩体中的隧道设计、施工有一定指导意义。

节理岩体隧道围岩稳定性综合研究

传统节理岩体隧道围岩的稳定性是以洞周位移或塑性区作为判识指标,但以此作为判据存在一定缺陷性。本文以剪切滑移区作为判识指标,基于某拟建隧道工程的岩体模型为例,采用离散元模拟技术研究了节理岩体隧道在不同节理倾角、不同节理间距、不同节理强度、不同岩块强度、不同侧压系数及不同埋深下的稳定性规律。研究表明:1)节理倾角影响剪切滑移区的位置;2)优势结构面对岩体的稳定性起着控制性作用;3)当侧压系数大于一定值时,构造应力场影响节理岩体隧道围岩稳定性;4)节理岩体隧道埋深小于一定值时,因隧道开挖后重分布的围岩应力未超过围岩强度,隧道反而能保持稳定状态;超过此值时,随着埋深的增加,隧道的稳定性在逐渐降低。