类岩堆体地层结构特征与隧道围岩稳定性分析——以云南建(个)元高速公路他依隧道为例

为探究类岩堆体地层结构的复杂地质特性与基本结构特征,分析隧道施工大变形及塌方机制并研究隧道围岩稳定性特征,以云南建(个)元高速公路他依隧道为例,采用现场调研与踏勘,变形量测以及围岩压力监测等方法,从类岩堆体基本结构特征、隧道建设工程问题与稳定性支护措施3方面进行深入研究与总结。结果表明:类岩堆体围岩地层结构松散,成分复杂,极易受到开挖扰动作用影响,变形影响范围约为掌子面后方30 m;开挖后易出现大变形、塌方、初期支护结构破坏及突水突泥等灾害现象。开挖导致围岩变形与压力快速增大,最大变形接近350 mm,最大围岩压力350 k Pa,钢拱架内力超过250 MPa,中下台阶开挖会明显降低上部结构受力,且隧道断面内变形与受力具有极度不均匀性。通过增加预留变形量,加大钢拱架型号,提升初期支护结构强度与刚度,增设双层护拱与加强拱脚支撑,注重超前加固与注浆等联合措施,可以保证类岩堆体隧道施工的安全与稳定。

开挖和降雨条件下类岩堆体隧道边坡稳定性试验研究

类岩堆体隧道边坡稳定性是山区高速公路设计和建设中的关键问题之一,且由于西部交通的需求迫切需要解决。本文设计了由钢结构和有机玻璃构成的模型试验装置,并开展了类岩堆体隧道边坡开挖和降雨下的稳定性相似试验,试验装置尺寸为1.6 m ×1.2 m ×0.6 m。基于相似理论,土体和块石按实际级配随机混合浇筑成类岩堆体隧道边坡体。试验结果表明:1) 降雨相比单一的开挖对类岩堆体隧道边坡的影响更加显著,水平位移和竖直位移表现出同样的规律;2) 竖直位移随着开挖深度逐渐减小,且没有出现位移突变的情况;3) 在降雨条件下的破坏多为拉裂–滑动破坏。

颗粒形状变异对砂性类岩堆体地层宏观力学性能及变形特征的影响研究

类岩堆体既不属于岩体,也不属于土体,且不同的类岩堆体围岩在机械开挖或爆破开挖扰动下的力学响应不同。本文针对典型的非连续介质—砂性类岩堆体,通过离散元数值试验研究了颗粒形状变异对其宏观力学性能及变形特征的影响规律。结果表明:颗粒形状越扁,砂性类岩堆体的整体抗压缩能力越弱,在相同的围压下会被压缩得更密,整体强度也有一定程度的提高;颗粒凹凸性越大,砂性类岩堆体的整体抗压缩能力越强,在相同的围压下更难被压密,凹凸性指数对整体强度几乎没有影响。

类岩堆体剪切力学特性试验及数值模拟研究

本文针对云南红土高原地区存在的特殊岩土混合体—类岩堆体,通过室内直剪试验研究了其抗剪强度,发现含石率为100%的类岩堆体呈现应变硬化的剪切特性。基于随机生成不规则块石理论,采用PFC数值模拟直剪试验过程,在保证级配、细观参数相同的情况下,研究不同孔隙率的类岩堆体抗剪强度,结果表明:开始剪切阶段,孔隙率越小,剪应力越大,不同孔隙率的试样剪应力差值较大,随着块石压密、剪碎、剪应力差值缩小,研究成果对红土高原地区隧道施工参数选取具有指导意义。