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1、 岩石地基建筑物以岩体作为持力层的地基 岩石地基工程的两大特征：相对与土质地基，可承担大很多的外荷载岩石中各种缺陷的存在可能导致岩体的强度远远小于完整岩块的强度 一一 概述概述第1页/共70页岩石地基设计需要考虑的内容：岩石地基设计需要考虑的内容：基岩体需要有足够的承载能力，以保证在上部建筑物荷载作用下不碎裂和蠕变破坏。基岩体需要有足够的承载能力，以保证在上部建筑物荷载作用下不碎裂和蠕变破坏。在外荷作用下，由岩石的弹性应变和软弱夹层的非弹性压缩产生的岩石地基沉降应在外荷作用下，由岩石的弹性应变和软弱夹层的非弹性压缩产生的岩石地基沉降应满足建筑物安全与正常使用要求。满足建筑物安全与正常使用要求。
2、确保由交错结构面形成的岩石块体在外荷作用下不会发生滑动破坏。确保由交错结构面形成的岩石块体在外荷作用下不会发生滑动破坏。一 概述第2页/共70页岩石地基的基础形式岩石地基的基础形式墙下无大放脚基础。墙下无大放脚基础。预制柱直接插入岩体。预制柱直接插入岩体。锚杆基础。锚杆基础。嵌岩桩基础嵌岩桩基础一一 概述概述第3页/共70页二 岩基内应力分布及岩石地基沉降岩基内应力分布及岩石地基沉降1 均质各向同性地基均质各向同性地基 集中荷载作用集中荷载作用 线荷载作用线荷载作用 均布荷载作用均布荷载作用2 2 双层岩石地基双层岩石地基3 3 横观各向同性岩石地基横观各向同性岩石地基4 4 三角形垂直分布荷
3、载三角形垂直分布荷载5 5 三角形水平分布荷载三角形水平分布荷载第4页/共70页二 岩基内应力分布及岩石地基沉降岩基内应力分布及岩石地基沉降沉降分为三种类型：沉降分为三种类型：由岩石本身变形、结构面的闭合与变形以及少数黏土夹层的压由岩石本身变形、结构面的闭合与变形以及少数黏土夹层的压缩三个部分组合形成的沉降。缩三个部分组合形成的沉降。岩石块体沿结构面剪切滑动产生的地基沉降。岩石块体沿结构面剪切滑动产生的地基沉降。与时间有关的沉降与时间有关的沉降沉降的计算方法：沉降的计算方法：弹性岩石地基（均质各向同性、成层岩石）弹性岩石地基（均质各向同性、成层岩石）横观各向同性岩石地基横观各向同性岩石地基第5
4、页/共70页三三 岩石地基的承载力岩石地基的承载力地基承载力是指地基单位面积上承受荷载的能力地基承载力是指地基单位面积上承受荷载的能力（包括极限承载力和允许承载力）（包括极限承载力和允许承载力）承载力的确定方法承载力的确定方法 规范方法（规范方法（GB500072002）1 岩基载荷试验方法确定岩基载荷试验方法确定 2 对于完整、较完整和较破碎的岩石地基承载对于完整、较完整和较破碎的岩石地基承载力特征值，可根据室内饱和单轴抗压强度确定力特征值，可根据室内饱和单轴抗压强度确定 fa=r.frk （0.5-0.2-0.1）3 对破碎、极破碎的岩石可根据地区经验取值，对破碎、极破碎的岩石可根据地区经
5、验取值，无经验时，可根据平板载荷试验确定。无经验时，可根据平板载荷试验确定。实验法极限平衡计算方法第6页/共70页四、岩石地基的稳定性及加固四、岩石地基的稳定性及加固四、岩石地基的稳定性及加固四、岩石地基的稳定性及加固 当基岩受到有水平方向荷载作用后，由当基岩受到有水平方向荷载作用后，由于岩体中存在节理以及软弱夹层，因而增加于岩体中存在节理以及软弱夹层，因而增加了基岩的滑动的可能。许多实践证明，对于了基岩的滑动的可能。许多实践证明，对于大多数岩体并承受倾斜荷载的地基来说，地大多数岩体并承受倾斜荷载的地基来说，地基的破坏往往由于岩基中存在软弱夹层，使基的破坏往往由于岩基中存在软弱夹层，使地基中一
6、部分的岩体沿着软弱夹层产生水平地基中一部分的岩体沿着软弱夹层产生水平剪切滑动。剪切滑动。目前评价岩体抗滑稳定，一般仍采用目前评价岩体抗滑稳定，一般仍采用稳定系数分析法。稳定系数分析法。第7页/共70页一、基坝接触面或浅层的抗滑稳定一、基坝接触面或浅层的抗滑稳定 （以稳定系数 为评价指标）（一）不考虑基坝与岩面间的粘结力（一）不考虑基坝与岩面间的粘结力 稳定系数为 式中：-垂直作用力之和，包括坝基水压；-水平力之和；-摩擦系数。（二）考虑基坝与岩面间的粘结力（二）考虑基坝与岩面间的粘结力 稳定系数为四、岩石地基的稳定性及加固四、岩石地基的稳定性及加固第8页/共70页式中：U坝底扬压力；C粘结力。
7、当U、C为零时，（二）单斜滑移面倾向上游（图915（b）稳定系数为：（三）双滑移面（图915（c）稳定系数为：四、岩石地基的稳定性及加固四、岩石地基的稳定性及加固第9页/共70页式中：R抗力。根据受力图9-15（d）（e）按力的平衡原理求得：为AB及BC滑移面上的摩擦系数。岩石的内摩擦角四、岩石地基的稳定性及加固四、岩石地基的稳定性及加固第10页/共70页例：图9-14所示大坝的基础下存在软弱夹层及一条大断层。当水库充水后，坝基承受倾斜荷载，产生了坝基沿AC滑移，或三角形ABC部分的岩体向下游滑移的可能。四、岩石地基的稳定性及加固四、岩石地基的稳定性及加固第11页/共70页第12页/共70页加
8、固措施加固措施三条要求：1、地基岩体有一定的弹性模量和足够的的抗压强度。尽是减少建筑物建造后的绝对沉降量 2、建筑物的基础与地基之间要保证结合紧密，有足够的抗剪强度。3、对坝基则要求有足够的抗渗能力。四条措施：换土、注浆、锚固、防渗、防漏四、岩石地基的稳定性及加固四、岩石地基的稳定性及加固第13页/共70页第九章 岩石边坡工程1 概述2 岩石边坡的破坏3岩石边坡稳定分析4岩石边坡加固第14页/共70页1 概述岩坡中滑动面明确，无需像土坡那样通过大量试算才能确定。岩坡中结构面的规模、性质及其组合方式在很大程度上决定着岩坡失稳时的破坏形式。结构面的产状或性质稍有改变，岩坡的稳定性将会受到显著影响。
9、搞清结构面的性质、作用、组合情况以及结构面的发育情况等，在此基础上对破坏形式做出判断，分析破坏机制，是保证岩坡稳定性分析结果正确性的关键。第15页/共70页2 岩石边坡的破坏2.1岩石边坡的破坏类型滑坡：岩体在重力作用下沿坡内软弱结构面产生整体滑动。滑坡的形式分：平面滑动、楔形滑动和旋转滑动岩崩：块状岩体与岩坡分离，向前翻滚而下。第16页/共70页2 岩石边坡的破坏2.2边坡稳定的影响因素1 结构面的影响2 边坡外形的改变3 岩石力学性质的改变4 各种外力的直接作用第17页/共70页3岩石边坡稳定分析3.1 圆弧法岩坡稳定性分析3.2 平面滑动岩坡稳定性分析3.3 双平面滑动岩坡稳定性分析3.
10、4 力多边形法岩坡稳定性分析3.5 力的代数叠加法岩坡稳定分析3.6 楔形滑动岩坡稳定性分析3.7 倾倒破坏岩坡稳定性分析第18页/共70页4岩石边坡加固4.1 注浆加固4.2 锚杆或预应力锚索加固4.3 混凝土挡墙或支墩加固4.4 挡墙与锚杆相结合的加固第19页/共70页本课程结束第20页/共70页工程实例深埋长大山岭隧道围岩大变形机理深埋长大山岭隧道围岩大变形机理深埋长大山岭隧道围岩大变形机理深埋长大山岭隧道围岩大变形机理及灾害预测和治理研究及灾害预测和治理研究及灾害预测和治理研究及灾害预测和治理研究第21页/共70页 我国是一个多山的国家，开发中西部又是今后我国的国策，发展山区交通，使山
11、区人民脱贫致富是我国的具体目标。高速、准高速铁路、公路的发展和建设又是21 世纪的特色；21世纪必然出现大量隧道工程，必然带来长隧道的增多。多和长是21世纪山岭隧道修建的两大特点。第22页/共70页 交通隧道、水工隧道及其它地下工程穿越高地交通隧道、水工隧道及其它地下工程穿越高地应力区以及遇到软弱围岩体，常导致软岩大变形等应力区以及遇到软弱围岩体，常导致软岩大变形等相关地质灾害。自相关地质灾害。自20世纪初首例严重的交通隧道软世纪初首例严重的交通隧道软弱围岩大变形发生以来，国内外隧道工程发生的围弱围岩大变形发生以来，国内外隧道工程发生的围岩大变形灾害的事例屡见不鲜，它一直是困扰地下岩大变形灾害
12、的事例屡见不鲜，它一直是困扰地下工程界的一个重大问题。工程界的一个重大问题。第23页/共70页宜万铁路野山关隧道事故示意图第24页/共70页天汕高速公路广福隧道救援现场照片第25页/共70页大变形地段环向裂缝 侧壁扭曲变形的钢拱架 第26页/共70页表1-1国内外部分发生大变形隧道的基本情况序号名称地点地质简况工程情况及大变形特征1崔家沟铁路隧道中国梅七线(1976)围岩为泥质页岩和砂质泥岩隧道中有8段1680m的路段发生底鼓，严重地段轨顶抬高0.136m；1980年轨顶抬高达到0.206 m，水沟盖板跷起0.129 m；隧底出现330余条横向裂缝，最大缝宽48 mm2堡子梁铁路隧道中国宝中线
13、(1992)有500m一段大部分为绿色泥岩，软弱破碎，膨胀率为46%堡子梁隧道全长904m，在掘进过程中坍塌频繁，排架下沉达1.2m，边墙向中间挤进0.30.4 m，拱部剥皮掉块，裂缝宽达50150mm3阿尔贝格公路隧道奥地利(19741979)千枚岩、片麻岩、含糜棱岩的片岩绿泥石等，隧道全长13980m，最大埋深740m，设计时已吸取了陶恩隧道的经验教训，采用加强的支护系统。虽然如此，局部地质不良地段仍产生了2035cm的支护位移，变形初速度达到46cm/d，最大达11.5 cm/d第27页/共70页续上表4 鹧鸪山公路隧道中国四川(20002003)以薄层状碳质千枚岩为主，岩石硬度小，膨胀
14、率13%开挖以后，初期支护以前，围岩一般能够成拱、自稳，变形一般发生初期支护完成后。围岩变形量较大，持续的时间长。表现为初期支护破裂(混凝土)、扭曲(钢拱架)，侵入隧道限界，最大已达到300 mm5 关角铁路隧道 中国青藏线(1977)泥质片岩，最大埋深500m左右 施工期间，隧底上鼓约1m，两侧边墙内挤很大；通车后不久，隧底上鼓30 cm，行车中断6 海代尔引水隧洞 印度(1979)围岩为浅变质岩，如千枚岩、页岩及各类片岩 开挖和初期支护56个月后，混凝土开裂、钢拱架发生严重变形。3年以后(1982年1112月)，当要进行永久衬砌施工时，该洞段的大部分钢拱架再次发生严重变形，隧底隆起80cm
15、，扭曲的钢架和回填混凝土侵入限界第28页/共70页 云岭隧道进口位于郧西县上津镇丁家湾村，出口位于陕西省漫川关，为一座上、下行分离的四车道高速公路长大隧道。左线长为2155m;右线长为2160m。该隧道为分离式双洞长隧道，隧道间距约30m。本隧道洞身最大埋深达344m，一般埋深约200300m。工程背景工程背景第29页/共70页 十漫高速公路是国家公路网十漫高速公路是国家公路网银川至福州银川至福州高速公路在湖北境内的最西段，高速公路在湖北境内的最西段，是湖北省第是湖北省第四四个世界银行贷款的高速公路建设项目。个世界银行贷款的高速公路建设项目。第30页/共70页区域地质构造区域地质构造 在在区区
16、域域构构造造上上，十十漫漫高高速速公公路路位位于于我我国国中中部部秦秦巴巴山山区区，地地处处两两郧郧地地质质断断裂裂带带，地地质质条条件件复复杂杂，存存在在大大量量软软弱弱岩岩层层和和断断层层破破碎碎带带。其其中中两两郧郧(郧郧县县、郧郧西西)断断裂裂对对区区域域构构造造起起着着控控制制作作用用，是是区区域域内内的的主主干干断断裂裂。它它纵纵贯贯全全线线，西西始始漫漫川川关关，东东沿沿经经郧郧西西、郧郧县县及及均均县县，伏伏于于南南襄襄盆盆地地，出出露露170km，总总长长达达250km，破破碎碎带带宽宽度度达达1km，影影响响宽宽度度约约1km，呈呈北北西西向向及及北北东东向向沿沿低低山山谷
17、谷延延伸伸，影影像像特特征征明明显显，产产状状10304075。第31页/共70页两郧断裂展布简图两郧断裂展布简图 郧西西北元岭两郧断裂的动变形与构造岩带 第32页/共70页地形地貌隧道进口处地形地貌 隧道出口处沿线路走向地形地貌第33页/共70页围岩岩性(千枚岩)掌子面围岩情况 炭质千枚岩在雨水作用下的状况 第34页/共70页 塌方塌方 软岩大变形软岩大变形 底鼓底鼓 二衬开裂二衬开裂 隧道施工中出现的地质灾害隧道施工中出现的地质灾害第35页/共70页云岭隧道出口塌方照片云岭隧道出口塌方照片 ZK104+865 ZK104+880段塌方段塌方塌方情况塌方情况第36页/共70页底鼓 仰拱中部发
18、生隆起变形仰拱中部发生隆起变形 仰拱中部施工缝发生明显开裂仰拱中部施工缝发生明显开裂 右侧电缆沟向内侧倾斜右侧电缆沟向内侧倾斜 二衬拱腰部位出现掉块二衬拱腰部位出现掉块 第37页/共70页二衬开裂二衬开裂矮边墙与二衬剥离矮边墙与二衬剥离 电缆沟底部裂缝电缆沟底部裂缝 人行横洞内混凝土掉块人行横洞内混凝土掉块 人行横洞内出现较大裂缝人行横洞内出现较大裂缝 第38页/共70页 常常常常发发发发生生生生在在在在低低低低强强强强度度度度围围围围岩岩岩岩或或或或者者者者断断断断层层层层破破破破碎碎碎碎带中。带中。带中。带中。变变变变形形形形大大大大，一一一一般般般般达达达达数十厘米。数十厘米。数十厘米。
19、数十厘米。径径径径向向向向变变变变形形形形特特特特征征征征明明明明显显显显，一一一一般般般般表表表表现现现现为为为为拱拱拱拱顶顶顶顶下下下下沉沉沉沉、边边边边墙墙墙墙内内内内挤挤挤挤、隧底隆起等。隧底隆起等。隧底隆起等。隧底隆起等。十漫高速云岭隧道十漫高速云岭隧道ZK105+611+676大变形大变形软岩大变形特征软岩大变形特征第39页/共70页变形破坏方式多变形破坏方式多 变形量大变形量大 变形速率高变形速率高 持续时间长持续时间长 围岩破坏范围大围岩破坏范围大 各位置破坏不一各位置破坏不一 云岭隧道大变形破坏特征第40页/共70页云岭隧道底鼓大变形机理研究云岭隧道底鼓大变形机理研究 底鼓的
20、概念最初是出现在矿山开采中，底鼓的概念最初是出现在矿山开采中，所谓所谓“底鼓底鼓”是指巷道由于岩石开挖或开采是指巷道由于岩石开挖或开采扰动引起围岩应力的重新分布以及巷道运行扰动引起围岩应力的重新分布以及巷道运行过程中围岩性质不断发生变化，造成巷道顶过程中围岩性质不断发生变化，造成巷道顶底板及两帮岩体变形使巷道断面内敛，底板底板及两帮岩体变形使巷道断面内敛，底板向上隆起的变形现象。向上隆起的变形现象。第41页/共70页隧道底鼓的分类隧道底鼓的分类(1)挤压流动性底鼓。该类型底鼓主要发生在隧道底板为软挤压流动性底鼓。该类型底鼓主要发生在隧道底板为软弱破碎岩体的岩层内，在水平构造应力作用下，以隧道底
21、板弱破碎岩体的岩层内，在水平构造应力作用下，以隧道底板为沿空自由面，底板软弱破碎岩体受水平应力挤压流动到隧为沿空自由面，底板软弱破碎岩体受水平应力挤压流动到隧道内，形成底鼓。道内，形成底鼓。挤压流动性底鼓 第42页/共70页(2)挠曲褶皱性底鼓。由于水平压力作用，层状岩体产生挠曲褶皱性底鼓。由于水平压力作用，层状岩体产生挠曲变形，沿隧道底板临空方向凸起，造成隧道底鼓。研挠曲变形，沿隧道底板临空方向凸起，造成隧道底鼓。研究表明，岩层分层越薄，隧道跨度越大，岩石越软弱，底究表明，岩层分层越薄，隧道跨度越大，岩石越软弱，底鼓也越严重。鼓也越严重。挠曲褶皱性底鼓第43页/共70页(3)剪切错动性底鼓。
22、隧道破碎围岩体作用于隧道底剪切错动性底鼓。隧道破碎围岩体作用于隧道底板，使底板岩体受到剪切作用，底板软弱岩体沿剪板，使底板岩体受到剪切作用，底板软弱岩体沿剪切弱面形成滑移体，剪切滑移岩块在外压力作用下切弱面形成滑移体，剪切滑移岩块在外压力作用下发生剪切错动，并向隧道内凸出。发生剪切错动，并向隧道内凸出。图 剪切错动性底鼓第44页/共70页(4)遇水膨胀性底鼓。岩石是一种多组分材料，在遇水膨胀性底鼓。岩石是一种多组分材料，在不同环境条件下表现出不同的物理力学性质，岩石不同环境条件下表现出不同的物理力学性质，岩石浸水后，不仅岩石强度弱化，对于含有蒙脱石、泥浸水后，不仅岩石强度弱化，对于含有蒙脱石、
23、泥质岩等的岩层，会发生岩体膨胀，出现岩体扩容现质岩等的岩层，会发生岩体膨胀，出现岩体扩容现象。同时岩体膨胀产生膨胀应力，加剧岩体变形，象。同时岩体膨胀产生膨胀应力，加剧岩体变形，造成隧道底鼓。造成隧道底鼓。(5)复合型底鼓。对于处在复杂条件下的隧道工程，复合型底鼓。对于处在复杂条件下的隧道工程，隧道围岩受多因素的影响和制约，如水平构造应力、隧道围岩受多因素的影响和制约，如水平构造应力、剪切应力、膨胀应力等，形成多因素共同作用的复剪切应力、膨胀应力等，形成多因素共同作用的复合型隧道底鼓。合型隧道底鼓。第45页/共70页第46页/共70页变形段仰拱处治现场施工图第47页/共70页施工阶段的大变形灾
24、害预测施工阶段的大变形灾害预测 隧道超前地质预报是以地质雷达等仪器，并辅以其他地质隧道超前地质预报是以地质雷达等仪器，并辅以其他地质调查方法，对隧道工作面前方围岩尤其是隧道掌子面前方调查方法，对隧道工作面前方围岩尤其是隧道掌子面前方数十米内围岩的工程地质和水文地质情况的性质、位置和数十米内围岩的工程地质和水文地质情况的性质、位置和规模进行比较准确、全面、系统的探测和判断，确定不良规模进行比较准确、全面、系统的探测和判断，确定不良地质体的空间位置和危害程度，结合监控量测数据，综合地质体的空间位置和危害程度，结合监控量测数据，综合考虑围岩和主动支护因素，及时地调整支护参数，提出措考虑围岩和主动支护
25、因素，及时地调整支护参数，提出措施和建议，指导隧道施工，有效控制地质灾害的发生，防施和建议，指导隧道施工，有效控制地质灾害的发生，防止在正常施工下避免工作面开挖出现不测事故止在正常施工下避免工作面开挖出现不测事故(诸如出现断诸如出现断层、破碎带、采空区、溶岩、含水集水区、高应力地带以层、破碎带、采空区、溶岩、含水集水区、高应力地带以及其他不良地质现象及其他不良地质现象)。1.隧道超前地质预报隧道超前地质预报第48页/共70页 TSP（Tunnel Seismic Prediction）超前预报技术是利用）超前预报技术是利用高灵敏度的地震波接收器，广泛收集由布置在隧道单侧壁上高灵敏度的地震波接收
26、器，广泛收集由布置在隧道单侧壁上多个地震激发点产生的地震波及其在围岩传播中遇到不同反多个地震激发点产生的地震波及其在围岩传播中遇到不同反射界面时的反射波，通过分析反射界面所在的位置，进而结射界面时的反射波，通过分析反射界面所在的位置，进而结合具体的地质情况，预测影响施工断层破碎带的位置、宽度、合具体的地质情况，预测影响施工断层破碎带的位置、宽度、产状等，是一种有效的物探方法。产状等，是一种有效的物探方法。在隧道中合适位置布置炮点和接受点，通过爆破激发地在隧道中合适位置布置炮点和接受点，通过爆破激发地震波，经结构面和不良地质体反射后，由接受点设备设置的震波，经结构面和不良地质体反射后，由接受点设
27、备设置的震源反射波的数据采集系统（传感器和记录仪），将数据经震源反射波的数据采集系统（传感器和记录仪），将数据经微机处理后储存起来。微机处理后储存起来。TSP203超前预报技术超前预报技术 第49页/共70页TSP203炮点和接受点布置示意图 第50页/共70页 地质分析预测是根据围岩岩性、岩体结构、地质分析预测是根据围岩岩性、岩体结构、地应力场、地下水等围岩和地质环境特征，通过地应力场、地下水等围岩和地质环境特征，通过其他工程的资料和以开挖变形段围岩地质特征进其他工程的资料和以开挖变形段围岩地质特征进行横向和纵向的工程地质类比分析预测，是一种行横向和纵向的工程地质类比分析预测，是一种定性的预
28、测方法。定性的预测方法。2.地质分析预测地质分析预测第51页/共70页 揭示隧道围岩变形、破坏及稳定规律，分析围岩揭示隧道围岩变形、破坏及稳定规律，分析围岩特性，为施工和治理提供依据；特性，为施工和治理提供依据；监测资料的及时分析反馈，使动态设计、动态施监测资料的及时分析反馈，使动态设计、动态施工更加可行和可靠，便于掌控，同时，也为大变形工更加可行和可靠，便于掌控，同时，也为大变形治理的数值模拟研究提供资料；治理的数值模拟研究提供资料；监控施工过程中的安全程度，及时预测和警示大监控施工过程中的安全程度，及时预测和警示大变形的发生，保证施工的正常进行；变形的发生，保证施工的正常进行；检验施工方法
29、、支护参数及大变形治理措施的合检验施工方法、支护参数及大变形治理措施的合理性，为设计和施工优化以及隧道的安全使用提供理性，为设计和施工优化以及隧道的安全使用提供依据。依据。3.监控量测预测监控量测预测第52页/共70页 岩石室内试验岩石室内试验 地表下沉量测地表下沉量测 水平收敛和拱顶下沉量测水平收敛和拱顶下沉量测 应力应变监测应力应变监测 隧道洞口及浅埋段地表变形测点布置示意图 室内外试验设计室内外试验设计第53页/共70页水平收敛及拱顶下沉量测布置示意图 第54页/共70页围岩位移时间曲线 第55页/共70页压力盒埋设布置图压力盒埋设布置图 第56页/共70页试验现场第57页/共70页对数
30、值分析而言，可采用的分析平台即数值分析方对数值分析而言，可采用的分析平台即数值分析方法主要有：有限单元法、离散单元法、块体理论、法主要有：有限单元法、离散单元法、块体理论、DDA和流形元法等，特别是有限元法和边界元法应和流形元法等，特别是有限元法和边界元法应用尤为广泛。用尤为广泛。这些方法都是以连续介质为出发点，而且都基于经这些方法都是以连续介质为出发点，而且都基于经典小变形的假设。在解决富含节理和大变形的岩土典小变形的假设。在解决富含节理和大变形的岩土力学问题时往往所得的结果与实际的情况相差甚远。力学问题时往往所得的结果与实际的情况相差甚远。拉格朗日法就可以解决类似的岩土工程问题，基于拉格朗
31、日法就可以解决类似的岩土工程问题，基于此原理开发的此原理开发的FLAC3D软件在模拟岩土工程中大变软件在模拟岩土工程中大变形问题具有独到的优点。形问题具有独到的优点。围岩大变形开挖方法和支护体系数值模拟研究围岩大变形开挖方法和支护体系数值模拟研究 第58页/共70页开挖方法的数值模拟研究 隧道FLAC3D模型 第59页/共70页全断面开挖无支护时全断面开挖无支护时Z方向方向 位移分布等值线云图位移分布等值线云图 全断面开挖无支护时全断面开挖无支护时X方向方向 位移分布等值线云图位移分布等值线云图 第60页/共70页 分步开挖Z方向位移等值线图 分步开挖X方向位移等值线图 第61页/共70页全断
32、面开挖与分步开挖变形量对比表开挖方式最大变形量（cm）对应部位洞口附近变形量（cm）Z向下沉X向收敛底臌全断面Z方向下沉28洞口附近28231013底臌1013洞口附近X方向收敛23洞口附近分步开挖Z方向下沉20上下台阶洞顶104525底臌17上台阶底板X方向收敛45洞口附近第62页/共70页不同支护参数的数值模拟研究 支护方案初期支护钢筋砼体二衬厚度(cm)WTD25锚杆长度(m)8钢筋网(cm*cm)喷射砼厚度(cm)工字钢型号及间距支护方案一3.530*302018工字钢、间距1.5m40支护方案二520*202520b工字钢、间距1.0m支护方案三620*203020b工字钢、间距0.
33、75m不同支护方案对应参数表 第63页/共70页 支护方案一支护方案一Z向位移等值线图向位移等值线图支护方案一支护方案一X向位移等值线图向位移等值线图 第64页/共70页 支护方案二支护方案二Z向位移等值线图向位移等值线图 支护方案二支护方案二X向位移等值线图向位移等值线图 第65页/共70页 支护方案三支护方案三Z向位移等值线图向位移等值线图 支护方案三支护方案三X向位移等值线图向位移等值线图 第66页/共70页三种支护参数模拟结果对比表支护方案方案一方案二方案三二次衬砌段变形量Z轴方向下沉量（mm）15020306X轴方向收敛量（mm）35671第67页/共70页结 论大变形问题是软弱围岩
34、隧道施工中常见的难题，在大断大变形问题是软弱围岩隧道施工中常见的难题，在大断裂控制区域的高速公路大跨隧道更是如此。裂控制区域的高速公路大跨隧道更是如此。本课题紧密结合十漫高速公路隧道施工中的大变形问题本课题紧密结合十漫高速公路隧道施工中的大变形问题展开研究，从两郧断裂对隧道围岩的影响、软弱围岩体的展开研究，从两郧断裂对隧道围岩的影响、软弱围岩体的物理力学及水理特性、大变形的形成机理等角度出发，采物理力学及水理特性、大变形的形成机理等角度出发，采用应力及变形监控量测分析研究、大变形预测预报、三维用应力及变形监控量测分析研究、大变形预测预报、三维数值模拟并结合理论分析等手段研究大变形的发生原因和数
35、值模拟并结合理论分析等手段研究大变形的发生原因和治理措施，并及时将成果应用于施工实际，取得了较好的治理措施，并及时将成果应用于施工实际，取得了较好的整治效果。整治效果。第68页/共70页监控量测是预防和指导大变形治理措施制定的重要手段，监控量测是预防和指导大变形治理措施制定的重要手段，在监控量测中采取了在监控量测中采取了“变形监测为主，应力监测为辅变形监测为主，应力监测为辅”的思的思路，实施中考虑围岩质量、埋深等因素来确定监测的标准值路，实施中考虑围岩质量、埋深等因素来确定监测的标准值和警戒值，用变形量、变形速率指标进行监测控制，同时采和警戒值，用变形量、变形速率指标进行监测控制，同时采用三级
36、管理模式进行监测管理，在现场取到了良好的应用效用三级管理模式进行监测管理，在现场取到了良好的应用效果。果。隧道开挖前，调查地质情况，进行地质超前预报，采用工隧道开挖前，调查地质情况，进行地质超前预报，采用工程类比方式，判别围岩，并进行数值模拟，判断是否发生大程类比方式，判别围岩，并进行数值模拟，判断是否发生大变形，提供合适的开挖方法与相应的支护措施，施工过程进变形，提供合适的开挖方法与相应的支护措施，施工过程进行监控量测，并对数据对可能发生大变形的地段进行预测预行监控量测，并对数据对可能发生大变形的地段进行预测预报，及时调整开挖及支护方案指导施工，从而有效控制围岩报，及时调整开挖及支护方案指导施工，从而有效控制围岩大变形灾害。大变形灾害。结 论第69页/共70页感谢您的观看！第70页/共70页