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隧道过沟谷地段的稳定性分析

隧道过沟谷地段的稳定性分析

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作者：李伟湖南大学

学位级别：硕士

随着西部大开发的蓬勃进行，地下工程也随之得到大规模的开发和建设，而由于岩土体地质条件的特殊性、随机性和复杂性，使得地下工程的设计、施工依然处于依靠实践经验和定性阶段。由于西部地区特别是西南地区，起伏蜿蜒，沟壑纵横，河... 详细信息

随着西部大开发的蓬勃进行，地下工程也随之得到大规模的开发和建设，而由于岩土体地质条件的特殊性、随机性和复杂性，使得地下工程的设计、施工依然处于依靠实践经验和定性阶段。由于西部地区特别是西南地区，起伏蜿蜒，沟壑纵横，河谷深切，是典型的山地，地形条件极为复杂。在山区公路的建设过程中，为了缩短里程，保护环境节约土地，因此常常采用隧道方案。这样山区越岭隧道通过沟谷区域就成了无法避免的选择。但是在复杂的工程地质条件下，特别是在隧道穿越沟谷地段等特殊地段时，由于隧道的开挖，隧道围岩的初始应力状态将发生变化，同时隧道围岩发生卸荷变形，当隧道周边收敛或拱顶下沉超过了其变形允许值，就会导致隧道的失稳，沟谷也由于自身的应力状态发生了变化可能会出现崩塌破坏等情况。因此，很有必要对隧道过沟谷地段的影响因素和围岩变形破坏概率分析进行专门研究。本文主要针对隧道通过V型沟谷地段时考虑到沟谷地段所特有的特殊地质情况，分别从有限元模型、隧道的施工和隧道围岩的可靠度计算方面对此进行了研究。在有限元模型方面，首先结合张家界阳龙公路梨子坪隧道土福界沟谷实例，对沟谷的类型及形成机理进行研究，然后在此基础上通过有限元软件分析得到了V型沟谷地段应力分布特征，最后提出了隧道过沟谷地段时可能产生的灾害现象。其次，通过上述分析得到了隧道通过沟谷地段的影响因素，利用隧道拱顶的下沉量的收敛比作为隧道围岩的稳定性判断标准，然后通过正交试验设计原理对各个影响因素进行试验设计，并通过有限元计算软件ANSYS对其进行模拟试验，再在此基础上利用正交层次分析方法对试验结果进行了分析处理，得到了各个影响因素对隧道穿越沟谷地段围岩稳定性的影响权重。在隧道施工方面，首先根据现有的注浆理论，分析了隧道过沟谷地段时，注浆的的深度、宽度以及注浆的效果对于隧道拱顶下沉的影响;然后介绍了现今常用的隧道开挖爆破方法的同时，结合张家界阳龙公路梨子坪隧道土福界沟谷段的支护情况，提出了将光面爆破与预裂爆破相结合的控制爆破方法，并进行了相应的爆破设计。再针对前面提出的可能的灾害提出了相应的加固措施。在可靠度计算方面，首先基于围岩-结构模型并结合剪切滑移理论建立了沟谷地段下软质岩隧道衬砌结构稳定功能函数，然后通过引入Hammersly最佳一致点集来取代传统蒙特卡洛法中的伪随机数序列的方法，并结合重要抽样方法研制了求解沟谷地段下软质地层隧道围岩的变形破坏概率的拟蒙特卡洛分析方法，总结出了拟蒙特卡洛方法的计算步骤，并且编制了Matlab程序进行计算。采用该方法分析计算了上述工程实例的围岩变形破坏问题，通过与重要抽样方法的计算结果对比得出：该方法改善了抽样点的质量，减小了样本数，提高了计算效率，并且计算所得结果误差是确定的。

关键词：沟谷隧道正交试验最佳一致点集拟蒙特卡洛方法

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