《節理岩體各向異性特性和隧道支護計算方法研究》是依託北京交通大學，由喬春生擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：節理岩體各向異性特性和隧道支護計算方法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：喬春生
- 依託單位：北京交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
岩體中眾多節理、斷層等結構面的存在導致的節理岩體各向異性給隧道支護設計和穩定分析造成了極大困難，如何確定圍岩壓力以及圍岩的抗力係數等成為此類隧道支護設計的關鍵。本項目針對節理岩體各向異性特性以及隧道支護計算方法，以優勢節理岩體模型為基礎對數值流形法進行改進，將優勢節理作為不連續面，含有密集分布節理、裂隙的岩體等效為符合H-B準則的彈塑性連續介質，建立可模擬隧道施工過程的節理岩體彈塑性數值流形方法。通過物理模擬和數值模擬，分析層狀結構岩體和塊狀結構岩體以及隨機分布節理岩體在不同尺度條件下的基本變形規律和破壞機理，揭示不同地應力條件下節理岩體各向異性對隧道變形和穩定性的影響規律，得出圍岩鬆動壓力和圍岩抗力係數與節理分布參數之間的統計關係及其預測方法。通過最佳化分析提出隧道的合理支護參數，指導此類隧道的設計。
結題摘要
節理、裂隙、斷層等各類結構面的存在破壞了岩體的連續性，是導致岩體各向異性的主要原因，基於均質、連續、各向同性假設的傳統計算方法已經難以滿足複雜地質條件下的隧道支護設計和穩定分析，開展節理岩體各向異性特性研究對於提高隧道與地下工程支護設計水平具有重要理論意義和套用前景。 本項目採用理論分析、基於數值流形方法和離散元法的數值模擬以及現場監測相結合的研究方法，重點研究了層狀節理岩體和含有兩組斜交節理岩體的各向異性特徵及強度預測方法、圍岩抗力係數分布特徵和影響因素、淺埋大跨隧洞鬆動破壞機制和鬆動區分布特徵及鬆動壓力計算方法等，取得的主要成果包括：（1）層狀結構岩體強度隨節理傾角的變化曲線呈勺子型，節理附近應力集中和節理的剪下滑動破壞是導致岩體強度各向異性的主因；（2）含有兩組節理岩體的強度也具有顯著的各向異性特徵，兩組節理之間的相互作用控制著岩體的破壞模式與強度；（3）建立了根據節理間距、傾角、節理和岩石強度以及圍壓預測層狀岩體三軸抗壓強度的計算公式，該公式簡單、實用、預測精度高，所有參數均有明確物理含義，且可通過常規室內試驗獲取；（4）含有兩組斜交節理岩體的圍岩抗力係數分布曲線呈卵形，節理的傾角對隧道各個方向圍岩抗力係數值影響明顯，平行於節理方向的抗力係數明顯大於其他方向。節理法向剛度、岩石的彈性模量、節理間距、兩組節理間的夾角是影響抗力係數的主要因素；（5）提出的圍岩抗力係數預測公式可根據岩石的彈性模量、節理法向剛度、節理間距、節理間夾角計算隧洞各個方向上的圍岩抗力係數值，合理反映節理分布狀態對抗力係數的影響；（6）基於節理岩體中地下洞室圍岩鬆動區分布特徵，以應力傳遞原理和極限分析上限法為基礎，分別推導出節理岩體中淺埋地下洞室圍岩鬆動壓力計算的應力傳遞法計算公式和極限分析上限法理論計算公式，除了可考慮洞室尺寸、埋深以及岩體性質的影響外，還能考慮岩體中各類結構面產狀、岩體完整程度以及上部軟弱地層厚度等的影響，研究成果已用於大連捷運車站隧道的支護設計，取得了顯著的經濟和社會效益。
