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断层区域构造应力场特征及其对隧道围岩稳定性影响分析

作　者: 谢启东
导　师: 傅鹤林；伍毅敏
学　校: 中南大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 断层构造应力场赤平极射投影反分析数值模拟围岩稳定性
分类号: U451.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 246次
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内容摘要

韶关市曲江至南雄高速公路上的回龙山隧道和白山隧道地质构造复杂,大断层F1,F2,F13, F3,F4,F5,F6相互交结,横切隧道洞身,岩体破碎,围岩级别低。由于地质构造作用,岩体裂隙发育,溶蚀强烈,F1,F2断层导水且与地下溶洞相连通,使得雨季对施工影响较大；断层破碎带的存在,致使隧道开挖后极易造成冒顶、塌方及“通天”等地质灾害；隧道褶皱反复陡转且破碎,与断层及落水洞、串通性网状岩溶相接,极易形成地下水体的集中部位,造成突水、突泥；同时隧道在软硬交互地层穿插,极易造成隧道塌方,对隧道施工和今后的运营都会造成较大影响。本文主要以韶赣高速公路回龙山和白山隧道为依托展开了以下研究工作：(1)根据隧址区的地质构造特征,分析了隧址区断层结构面形成的力学机制,利用赤平极射投影的方法图解出了回龙山和白山隧址区断层的主应力场方向,并确定了其与回龙山隧道走向的具体位置关系；(2)为方便断层构造应力场在数值模拟模型上的施加,推导了三维几何变换和三维坐标变换的矩阵表达式,确定了断层主应力场和隧道开挖断面在同一空间直角坐标系下的关系式；(3)以回龙山隧道现场监控量测的数据为基础,对断层构造应力场进行位移反分析,并将反演的结果进行正算,以验证其准确性和可靠性；(4)根据反演出的断层构造应力场特征,借助FLAC3D对回龙山隧道开挖和支护动态施工进行数值模拟,并分析其对隧道围岩稳定性的影响。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章绪论  9-19
  1.1 选题依据和意义  9-10
  1.2 地应力的研究历史与发展现状  10-12
    1.2.1 地应力的研究发展  10-11
    1.2.2 断层周围应力场特征研究发展  11-12
  1.3 地下工程围岩稳定分析研究现状及研究方法  12-17
    1.3.1 研究历史与现状  12-15
    1.3.2 研究方法  15-17
  1.4 断层对隧道围岩稳定性影响的研究现状  17-18
  1.5 本文研究的主要内容和思路  18-19
第二章基于赤平极射投影法断层应力场特征分析  19-39
  2.1 赤平极射投影的发展历史与研究现状  19-20
  2.2 赤平极射投影的基本原理  20-24
    2.2.1 赤平极射投影的概念  20-22
    2.2.2 投影网简介  22-23
    2.2.3 绘制投影网的方法  23-24
  2.3 构造结构面的应力场分析  24-29
    2.3.1 X断裂的应力场分析  27
    2.3.2 断层的应力场分析  27-29
  2.4 回龙山隧道址区地质构造特征  29-35
    2.4.1 隧道工程地质条件  30-32
    2.4.2 地质构造特征  32-35
  2.5 回龙山隧道址区断层的应力场特征  35-38
  2.6 小结  38-39
第三章断层主应力场特征的三维变换  39-52
  3.1 三维变换  39
  3.2 三维几何变换  39-46
    3.2.1 基本三维几何变换  39-44
    3.2.2 三维坐标变换  44-46
  3.3 三维变换后的应力场特征  46-51
  3.4 小结  51-52
第四章基于围岩位移反分析构造应力场特征的数值模拟  52-80
  4.1 FLAC/FLAC3D基本理论  52-56
    4.1.1 FLAC/FLAC3D概述  52
    4.1.2 基本原理  52-55
    4.1.3 FLAC3D的优点与不足  55-56
  4.2 位移反分析概念及基本原理  56-65
    4.2.1 位移反分析  56-58
    4.2.2 位移反分析的基本原理  58-60
    4.2.3 待分析参数的确定  60-62
    4.2.4 参数敏感性分析  62-64
    4.2.5 计算模型与反演参数的确定  64-65
  4.3 量测数据优化及弹塑性位移反分析  65-73
    4.3.1 量测数据初分析和优化  65-66
    4.3.2 量测数据的概率分布(概型)估计  66-69
    4.3.3 随机模糊理论  69-73
  4.4 基于位移量测反分析构造应力的实现  73-79
    4.4.1 回龙山隧道工程简介  73-74
    4.4.2 现场位移量测  74
    4.4.3 计算模型及边界和初始条件  74-75
    4.4.4 材料参数和样本构造  75-78
    4.4.5 隧道位移反演构造应力计算结果  78-79
  4.5 小结  79-80
第五章断层区域应力场对围岩稳定性的影响研究  80-92
  5.1 回龙山隧道开挖与支护的数值模拟  80-84
    5.1.1 隧道计算模型及围岩参数  80-81
    5.1.2 隧道数值模拟计算的步骤  81
    5.1.3 模拟计算过程  81-84
  5.2 回龙山隧道稳定性分析  84-91
    5.2.1 监测点位移情况  85-86
    5.2.2 位移场分析  86-88
    5.2.3 应力场分析  88-89
    5.2.4 支护结构分析  89-91
  5.3 小结  91-92
第六章结论与展望  92-94
  6.1 结论  92
  6.2 展望  92-94
参考文献  94-99
致谢  99-100
攻读硕士期间发表论文和科研工作情况  100

断层区域构造应力场特征及其对隧道围岩稳定性影响分析

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