大跨度隧道围岩稳定性分析
|
摘要
随着我国高等级公路和地铁建设的快速发展,各种交通隧道特别是大跨度隧道也越来越多。隧道施工过程中,洞室周围岩体发生应力重分布作用,当这种重分布应力超过围岩的强度极限时,将造成围岩的失稳破坏。因此,隧道施工过程中洞室围岩稳定性评价的研究显得日益重要。
本文通过大量的文献资料,论述了大跨度隧道围岩稳定的理论分析过程;针对围岩自身稳定特点,分析了影响其稳定的主要因素,在此基础上选取对隧道围岩稳定性影响较大的开挖方式这一因素,运用有限元程序ANSYS结合具体工程进行数值模拟,并对计算结果中的围岩应力场和位移场进行分析,分析结果显示对于大跨度软弱围岩隧道工程采取合理的开挖方法及支护措施就能保证围岩稳定。围岩监控量测是隧道施工中非常重要的一环,在分析基本量测项目及目前常用围岩稳定准则的基础上,得出了几点有益的结论。隧道拱顶下沉是隧道围岩力学行为的最直观体现,也是隧道施工监控量测最主要的项目这一明显特点,通过对拱顶下沉量测结果的分析,得出围岩稳定的结论。
With the rapid development of the highway and subway construction, there are more and more tunnels, especially large-span tunnels. In the course of the tunnel's construction, the stress in rock mass will redistribute around grotto,When this kind stress exceeds surrounding rock's ultimate strength, surrounding rock will lose its stability and destruct. Consequently, it becomes increasingly important for the study of stability of surrounding rock during the construction of tunnels.
Based on a great deal of material,this thesis discusses the theories analysis process of the surrounding rock. Aimed at the characteristics of the stability of the surrounding rock, analysis the main factors to affect it's stabilty, on this basis,select the factors of different excavations that affect to the surrounding rock stabilty deeply, make use of the ANSYS procedure carry on the numberical imitation to combining the concrete engineering,and analyse the stress field and the displacement field of the surrounding-rock draw a conclusion that by take reasonable excavation methods and support measures will be enough to ensure the stability of surrounding rock. The construction monitoring is the most important part during the construction of tunnels, based on the analyse the basic measured items and the currently stability standard of the surrounding rock, get some beneficial conclusions. As to the character that the tunnel arch crest sink is the view body of the tunnel surrounding rock mechanics behavior,and also to the most important item, through anlysis of the measured result of the arch crest sink ,draw the conclusion that the stability of the surrounding rock.
本文通过大量的文献资料,论述了大跨度隧道围岩稳定的理论分析过程;针对围岩自身稳定特点,分析了影响其稳定的主要因素,在此基础上选取对隧道围岩稳定性影响较大的开挖方式这一因素,运用有限元程序ANSYS结合具体工程进行数值模拟,并对计算结果中的围岩应力场和位移场进行分析,分析结果显示对于大跨度软弱围岩隧道工程采取合理的开挖方法及支护措施就能保证围岩稳定。围岩监控量测是隧道施工中非常重要的一环,在分析基本量测项目及目前常用围岩稳定准则的基础上,得出了几点有益的结论。隧道拱顶下沉是隧道围岩力学行为的最直观体现,也是隧道施工监控量测最主要的项目这一明显特点,通过对拱顶下沉量测结果的分析,得出围岩稳定的结论。
With the rapid development of the highway and subway construction, there are more and more tunnels, especially large-span tunnels. In the course of the tunnel's construction, the stress in rock mass will redistribute around grotto,When this kind stress exceeds surrounding rock's ultimate strength, surrounding rock will lose its stability and destruct. Consequently, it becomes increasingly important for the study of stability of surrounding rock during the construction of tunnels.
Based on a great deal of material,this thesis discusses the theories analysis process of the surrounding rock. Aimed at the characteristics of the stability of the surrounding rock, analysis the main factors to affect it's stabilty, on this basis,select the factors of different excavations that affect to the surrounding rock stabilty deeply, make use of the ANSYS procedure carry on the numberical imitation to combining the concrete engineering,and analyse the stress field and the displacement field of the surrounding-rock draw a conclusion that by take reasonable excavation methods and support measures will be enough to ensure the stability of surrounding rock. The construction monitoring is the most important part during the construction of tunnels, based on the analyse the basic measured items and the currently stability standard of the surrounding rock, get some beneficial conclusions. As to the character that the tunnel arch crest sink is the view body of the tunnel surrounding rock mechanics behavior,and also to the most important item, through anlysis of the measured result of the arch crest sink ,draw the conclusion that the stability of the surrounding rock.
引文
[1] 刘国琦,杜文库. 我国地铁施工技术的发展展望. 施工技术. Vol.25,1996
[2] 张悼元,王士天,王兰生. 工程地质分析原理. 北京:地质出版社,1994
[3] 张悼元等著. 工程地质探索与开拓. 成都:成都科技大学出版社,1996
[4] 朱维申,何满潮. 复杂条件下围岩稳定性与岩体动态施工力学[M]. 北京:科学出版社,1995
[5] 吴梦军,陈彰贵,许锡宾,赵明阶. 公路隧道围岩稳定性研究现状与展望. 重庆交通学院学报. Vol.22. 2003
[6] 于学馥,郑颖人,刘怀恒,等. 地下工程围岩稳定分析[M]. 北京:煤炭工业出版社,1980
[7] 林银飞,郑颖人. 弹塑性有限厚条法及工程应用[J]. 工程力学. 1997. 14 (2):108-112
[8] 朱素平,周楚良. 地下圆形隧道围岩稳定性的粘弹性力学分析[J]. 同济大学学报,1994. 22 (3): 329-333
[9] 孙钧. 岩土材料流变及其工程应用[M]. 北京:中国建筑工业出版社,1999
[10] T Kawamoto,Y Ichikawa&T Kyoya. Deformation and Fracturing Behaviour of Discontinous Rock Mass and Damage Mechanics Theory [J]. Int J .Num .Analy geo. 1988. 12 (4): 321 -327
[11] 李术才,李树忱,朱维申,等. 三峡右岸地下电站厂房围岩稳定性断裂损伤分析[J]. 岩土力学,2000. 21 (3): 193-197
[12] 孙钧,朱合华. 软弱围岩隧洞施工性态的力学模拟与分析[J]. 岩土力学,1994. 15 (4): 20-32
[13] 孙钧. 地下工程设计理论与实践[M]. 上海:上海科学技术出版社,1996
[14] 朱合华,陈清军,杨林德. 边界元法及其在岩土工程中的应用[M]. 上海:同济大学出版社,1997
[15] P Kumar. Infinite Elements for Numerical Analysis of Underground excavations [J]. Tunnelling and Underground Technology. 2000. 15 (1): 117-124
[16] K J Shou. Three-Dimensional Hybrid Boundary Element Method for Non-Linear Analysis of a Weak Plane Near an Underground Excavation [J]. Tunnelling and Underground Space Technology. 2000. 15 (2): 215-226
[17] Charles Fairhurst,Jue min Pei. A Comparison Between the Distinct Element Method and the Finite Element Method for Analysis of the Stability of an Excavation in Jointed Rock [J]. Tunnelling and Underground Space Technology. 1990. 5 (1): 111-117
[18] 冯夏庭. 智能岩石力学导论[M]. 北京:科学出版社,2000
[19] Y Yang and Q Zhang. Hierarchical for Rock Engineering Using Artificial Neural Networks [J]. Rock NEchanics and Rock Engineering ,1997. 30 (4): 207-222
[20] 胡建华,王福寿,张世雄等. 地下工程围岩稳定性的MBP神经网络识别[J]. 岩土工程界. 2001. 4 (12): 63-64
[21] 安红刚,冯夏庭. 大型洞室群稳定性与优化的进化有限元方法研究[J]. 岩土力学. 2001. 22 (4): 373-377
[22] 安红刚,冯夏庭. 大型洞室群稳定性与优化的进化有限元方法研究[J]. 岩土力学. 2001 ,22 (4): 373-377
[23] 沈明荣. 岩体力学[M]. 上海:同济大学出版社,2000
[24] Arild Palmstrom. Characterizing Rock Mass by the RMI for Use in Practical Rock Engineering [J]. Tunnelling and Undergronnd Oinace Technology. 1996. 11 (2): 175-188
[25] 铃木昌次,古川浩屏,井上洋司,等. 基于模糊回归模型的隧道围岩分类与岩石特性[J]. 隧道译丛. 1992. (12): 12-16
[26] 井上洋司. 隧道岩体分类的模糊模型的应用和岩种特性[J]. 隧道译丛. 1994. (4): 44-48
[27] 于震平,李铁汉. 一种围岩稳定性分类方案的模糊处理[J]. 水文地质工程地质. 1996. (4): 5-7
[28] 莫君政,达吟霞. 山岭隧道洞口浅埋地段的围岩稳定性评价[J]. 隧道及地下工程. 1991. 12 (4): 19-23
[29] 黄宏伟,杨新安. 隧道锚喷支护设计的工程类比模糊经验法[J]. 隧道及地下工程,1997. 18(3): 52-56
[30] 雷学文,汤斌,王瑞芳. 工程围岩稳定性分类的人工神经网络识别[A]. 中国岩石力学与工程学会第七次学术大会论文集[C]. 北京:中国科学技术出版社,2002. 300-301
[31] 田敬学,张庆贺,姜福兴.煤矿巷道围岩稳定性动态工程分类技术研究与应用[J].岩土力学. 2001. 22 (1): 29-32
[32] B Singh,M N Viladkar and V K Nbhrotra .Rock Mass Strength Parameters Mobilised in Tunnels [J]. Tunnelling and Underground Space Technology ,1997. 12 (1): 47-54
[33] 李世辉. 隧道支护设计新论[M]. 北京:科学出版社,1999
[34] 谷河正也. 关于用隧道位移量测结果作反分析中若干问题的考察[J]. 隧道译丛1992. (8): 30-38
[35] 朱维申,任伟中,张玉军.开挖条件下节理围岩锚固效应的模型试验研究[J].岩土力学,1997. 18(1): 1-7
[36] 陈卫忠,朱维申,王宝林,等. 节理岩体中洞室围岩大变形数值模拟及模型试验研究[J]. 岩石力学与工程学报,1998. 17(3): 223-229.
[37] 王思敬,杨志法等. 地下工程岩体稳定性分析[M]. 北京:科学出版社,1984. 109-180
[38] 徐万鹏,隧道位移监测新方法的可行性探索.铁道工程学报,2000.6
[39] 张世飘,陈建平. 襄十高速公路双联拱隧道安全方案探讨. 安全与环境,2002. 9
[40] Oteo C S. Urban tunnels in hard soils. Geotechnical Engineering of Hard Soils/Soft Rocks.1993. 3
[41] E Marha das Neves. Fills and embankments.Geotechnical Engineering of Hard Soils/Soft Rocks. l993. 3
[42] L.Muller and F.Fecher. 新奥法的基本思想和主要原则. 地下工程,1980. N0.6
[43] 王建宇. 隧道工程监测和信息化设计原理. 北京:中国铁道出版社,1990
[44] 中华人民共和国交通部. 公路隧道施工技术规范(JTJ042-94). 北京:中国交通出版社,1994. 11
[45] 吕爱钟,王泳嘉. 隧道位移反分析的测点最优布置. 第四届全国岩土力学数值分析会议文集,武汉测绘大学出版社,1991. 121
[46] 夏才初等. 地下工程测试理论与监测技术. 上海:同济大学出版社,1999
[47] 于书翰等. 隧道施工. 北京:人民交通出版社,1999
[48] 易萍丽. 现代隧道设计与施工. 北京:中国铁道出版社,1999
[49] 刘洪州.华安山隧道新奥法施工中的位移量测分析. 世界隧道,1999. 3
[50] 陈晓东.盘道岭隧洞施工监测分析及信息反馈. 水电站设计,Vol 20. 2004. 63-68
[51] 陈豪雄,殷杰. 隧道工程. 北京:中国铁道出版社,2003
[2] 张悼元,王士天,王兰生. 工程地质分析原理. 北京:地质出版社,1994
[3] 张悼元等著. 工程地质探索与开拓. 成都:成都科技大学出版社,1996
[4] 朱维申,何满潮. 复杂条件下围岩稳定性与岩体动态施工力学[M]. 北京:科学出版社,1995
[5] 吴梦军,陈彰贵,许锡宾,赵明阶. 公路隧道围岩稳定性研究现状与展望. 重庆交通学院学报. Vol.22. 2003
[6] 于学馥,郑颖人,刘怀恒,等. 地下工程围岩稳定分析[M]. 北京:煤炭工业出版社,1980
[7] 林银飞,郑颖人. 弹塑性有限厚条法及工程应用[J]. 工程力学. 1997. 14 (2):108-112
[8] 朱素平,周楚良. 地下圆形隧道围岩稳定性的粘弹性力学分析[J]. 同济大学学报,1994. 22 (3): 329-333
[9] 孙钧. 岩土材料流变及其工程应用[M]. 北京:中国建筑工业出版社,1999
[10] T Kawamoto,Y Ichikawa&T Kyoya. Deformation and Fracturing Behaviour of Discontinous Rock Mass and Damage Mechanics Theory [J]. Int J .Num .Analy geo. 1988. 12 (4): 321 -327
[11] 李术才,李树忱,朱维申,等. 三峡右岸地下电站厂房围岩稳定性断裂损伤分析[J]. 岩土力学,2000. 21 (3): 193-197
[12] 孙钧,朱合华. 软弱围岩隧洞施工性态的力学模拟与分析[J]. 岩土力学,1994. 15 (4): 20-32
[13] 孙钧. 地下工程设计理论与实践[M]. 上海:上海科学技术出版社,1996
[14] 朱合华,陈清军,杨林德. 边界元法及其在岩土工程中的应用[M]. 上海:同济大学出版社,1997
[15] P Kumar. Infinite Elements for Numerical Analysis of Underground excavations [J]. Tunnelling and Underground Technology. 2000. 15 (1): 117-124
[16] K J Shou. Three-Dimensional Hybrid Boundary Element Method for Non-Linear Analysis of a Weak Plane Near an Underground Excavation [J]. Tunnelling and Underground Space Technology. 2000. 15 (2): 215-226
[17] Charles Fairhurst,Jue min Pei. A Comparison Between the Distinct Element Method and the Finite Element Method for Analysis of the Stability of an Excavation in Jointed Rock [J]. Tunnelling and Underground Space Technology. 1990. 5 (1): 111-117
[18] 冯夏庭. 智能岩石力学导论[M]. 北京:科学出版社,2000
[19] Y Yang and Q Zhang. Hierarchical for Rock Engineering Using Artificial Neural Networks [J]. Rock NEchanics and Rock Engineering ,1997. 30 (4): 207-222
[20] 胡建华,王福寿,张世雄等. 地下工程围岩稳定性的MBP神经网络识别[J]. 岩土工程界. 2001. 4 (12): 63-64
[21] 安红刚,冯夏庭. 大型洞室群稳定性与优化的进化有限元方法研究[J]. 岩土力学. 2001. 22 (4): 373-377
[22] 安红刚,冯夏庭. 大型洞室群稳定性与优化的进化有限元方法研究[J]. 岩土力学. 2001 ,22 (4): 373-377
[23] 沈明荣. 岩体力学[M]. 上海:同济大学出版社,2000
[24] Arild Palmstrom. Characterizing Rock Mass by the RMI for Use in Practical Rock Engineering [J]. Tunnelling and Undergronnd Oinace Technology. 1996. 11 (2): 175-188
[25] 铃木昌次,古川浩屏,井上洋司,等. 基于模糊回归模型的隧道围岩分类与岩石特性[J]. 隧道译丛. 1992. (12): 12-16
[26] 井上洋司. 隧道岩体分类的模糊模型的应用和岩种特性[J]. 隧道译丛. 1994. (4): 44-48
[27] 于震平,李铁汉. 一种围岩稳定性分类方案的模糊处理[J]. 水文地质工程地质. 1996. (4): 5-7
[28] 莫君政,达吟霞. 山岭隧道洞口浅埋地段的围岩稳定性评价[J]. 隧道及地下工程. 1991. 12 (4): 19-23
[29] 黄宏伟,杨新安. 隧道锚喷支护设计的工程类比模糊经验法[J]. 隧道及地下工程,1997. 18(3): 52-56
[30] 雷学文,汤斌,王瑞芳. 工程围岩稳定性分类的人工神经网络识别[A]. 中国岩石力学与工程学会第七次学术大会论文集[C]. 北京:中国科学技术出版社,2002. 300-301
[31] 田敬学,张庆贺,姜福兴.煤矿巷道围岩稳定性动态工程分类技术研究与应用[J].岩土力学. 2001. 22 (1): 29-32
[32] B Singh,M N Viladkar and V K Nbhrotra .Rock Mass Strength Parameters Mobilised in Tunnels [J]. Tunnelling and Underground Space Technology ,1997. 12 (1): 47-54
[33] 李世辉. 隧道支护设计新论[M]. 北京:科学出版社,1999
[34] 谷河正也. 关于用隧道位移量测结果作反分析中若干问题的考察[J]. 隧道译丛1992. (8): 30-38
[35] 朱维申,任伟中,张玉军.开挖条件下节理围岩锚固效应的模型试验研究[J].岩土力学,1997. 18(1): 1-7
[36] 陈卫忠,朱维申,王宝林,等. 节理岩体中洞室围岩大变形数值模拟及模型试验研究[J]. 岩石力学与工程学报,1998. 17(3): 223-229.
[37] 王思敬,杨志法等. 地下工程岩体稳定性分析[M]. 北京:科学出版社,1984. 109-180
[38] 徐万鹏,隧道位移监测新方法的可行性探索.铁道工程学报,2000.6
[39] 张世飘,陈建平. 襄十高速公路双联拱隧道安全方案探讨. 安全与环境,2002. 9
[40] Oteo C S. Urban tunnels in hard soils. Geotechnical Engineering of Hard Soils/Soft Rocks.1993. 3
[41] E Marha das Neves. Fills and embankments.Geotechnical Engineering of Hard Soils/Soft Rocks. l993. 3
[42] L.Muller and F.Fecher. 新奥法的基本思想和主要原则. 地下工程,1980. N0.6
[43] 王建宇. 隧道工程监测和信息化设计原理. 北京:中国铁道出版社,1990
[44] 中华人民共和国交通部. 公路隧道施工技术规范(JTJ042-94). 北京:中国交通出版社,1994. 11
[45] 吕爱钟,王泳嘉. 隧道位移反分析的测点最优布置. 第四届全国岩土力学数值分析会议文集,武汉测绘大学出版社,1991. 121
[46] 夏才初等. 地下工程测试理论与监测技术. 上海:同济大学出版社,1999
[47] 于书翰等. 隧道施工. 北京:人民交通出版社,1999
[48] 易萍丽. 现代隧道设计与施工. 北京:中国铁道出版社,1999
[49] 刘洪州.华安山隧道新奥法施工中的位移量测分析. 世界隧道,1999. 3
[50] 陈晓东.盘道岭隧洞施工监测分析及信息反馈. 水电站设计,Vol 20. 2004. 63-68
[51] 陈豪雄,殷杰. 隧道工程. 北京:中国铁道出版社,2003
© 2004-2018 中国地质图书馆版权所有 京ICP备05064691号 京公网安备11010802017129号 地址：北京市海淀区学院路29号 邮编：100083 电话：办公室：(+86 10)66554848；文献借阅、咨询服务、科技查新：66554700 |