考虑结构面蠕变特征的隧道围岩长期变形研究

作     者：郭汝涛 赖登甲 李升连 但路昭 李韦剑 张国华 臧熙玮 GUO Rutao;LAI Dengjia;LI Shenglian;DAN Luzhao;LI Weijian;ZHANG Guohua;ZANG Xiwei

作者机构：中铁开发投资集团有限公司云南昆明650504 中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074 云南建设基础设施投资股份有限公司云南昆明650032 云南省交通投资建设集团有限公司云南昆明650032 

出 版 物：《安全与环境工程》 (Safety and Environmental Engineering)

年 卷 期：2024年第31卷第4期

页      面：99-108页

学科分类：08[工学] 0837[工学-安全科学与工程] 

基　　金：国家自然科学基金面上项目(42277173) 

主　　题：石油管道 小断面隧道 岩石结构面 蠕变变形 现场监测 数值模拟 

摘      要：在断层破碎带发育地区,岩石结构面蠕变变形影响着隧道运营安全。首先推导了岩石结构面西原蠕变模型有限差分格式;然后基于FLAC3D的Interface单元,采用自定义本构模型的接口,编写西原蠕变模型的动态链接库,实现了隧道围岩结构面蠕变变形数值模拟;接着开展了岩石单节理面蠕变变形验证模拟;最后结合宜昌成品油管道翻坝项目七里村1号隧道工程,利用新开发模型模拟了运营1、5、10、20 a后的隧道围岩长期变形行为。结果表明:(1)新开发模型预测的隧道围岩蠕变变形与解析解是一致的,最大误差小于2%;(2)隧道围岩蠕变变形数值计算结果与现场监测值之间的偏差较小,证明了蠕变模型的可靠性;(3)隧道开挖后,围岩变形较大,随着时间的推移逐渐减小,1 a后位移趋于稳定;(4)隧道运营1~10 a内无明显破坏,运营20 a后出现了集中于拱脚部位的破坏区,且拱脚处应力集中,因此应加强对拱脚的初期支护;(5)低强度和弱膨胀性特征的泥钙质砾岩使得隧道开挖变形较大,在上方断层长期蠕变作用下,隧道拱顶持续向下变形,造成隧道变形较大。