脹縮性土質隧道圍岩失穩機理與支護對策研究

《脹縮性土質隧道圍岩失穩機理與支護對策研究》是依託山東大學，由武科擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：脹縮性土質隧道圍岩失穩機理與支護對策研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：武科
• 依託單位：山東大學

中文摘要

脹縮性土具有顯著的吸水膨脹和失水收縮的變形特性，對隧道工程造成極為嚴重的後果，是目前隧道穿越此類地質區域施工中的重大技術難題之一。本項目以脹縮性土質隧道圍岩變形規律研究為基礎，以大量工程實踐為依託，套用多種技術手段，系統地研究脹縮性土質隧道圍岩災變機理與支護對策。通過工程水文地質調研和現場圍岩變形規律的研究，辨別其臨災地質前兆信息，提出災害的發生條件與影響因素。通過考慮典型的乾濕循環、脹縮率、應力載入條件、開挖工藝和支護結構型式等多種因素的正交組合，試驗研究脹縮性圍岩惡性變形規律、脹縮性破壞區特徵及其產生條件與影響因素、支護結構破壞模式等，提成破裂區圍岩的合理支護型式、支護參數和支護時機。建立脹縮性土質隧道圍岩災變模型，研究圍岩失穩的非線性災變特徵，定義災變判據，提出穩定控制方法。研究成果對認識脹縮性土質隧道圍岩破壞機制，解決此類隧道圍岩穩定性控制困難具有重要理論與實際意義。

結題摘要

脹縮性土具有顯著的吸水膨脹和失水收縮的變形特性，對隧道工程造成極為嚴重的後果，是目前隧道穿越此類地質區域施工中的重大技術難題之一。本課題以揭示脹縮性土質隧道圍岩失穩破壞機理，提出有效的支護措施為研究目標，綜合採用室內試驗、現場試驗、理論分析與數值計算方法，依託典型脹縮性土質隧道建設工程，通過地質調研與現場試驗，揭示了脹縮性土質隧道圍岩致災信息特徵；採用室內力學試驗方法，分析了線縮率與膨脹率的時程特性，研究了膨脹土浸水後吸水膨脹變形的規律；基於理論分析與數值計算方法，採用熱-力耦合計算方法模擬脹縮性土膨脹變形過程，設定膨脹土地層線膨脹係數、比熱容等參數，通過改變溫度施加膨脹應力模擬降雨致使膨脹土隧道圍岩變形過程，進而揭示了膨脹土隧道圍岩在乾濕循環作用下的變形和破壞過程，並與現場實驗結果進行對比論證，驗證力學模型的準確性，通過數值計算分析，評判隧道的穩定性；通過研發脹縮性土的相似材料，建立了能夠有效模擬“日照”和“降雨”的地質力學模型試驗裝置，基於模型試驗分析，揭示了乾濕循環作用下膨脹土隧道圍岩孕災機理。綜合以上研究成果，提出適用於脹縮性土、軟弱土等隧道新型支護結構，為膨脹土質隧道災害的預警與治理提理論基礎。綜上所述，本課題研究成果對認識脹縮性土質隧道圍岩破壞機制，解決此類隧道圍岩穩定性控制困難具有重要理論與實際意義。