厦门海底隧道岩体力学参数取值研究

来源 :中国地质大学(武汉) | 被引量 : 0次 | 上传用户:a285074984
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近年来我国经济迅速崛起,交通、运输基础设施蓬勃发展,海底隧道得到了前所未有的发展。海底隧道修建中地质条件更为复杂,详尽的、准确度高的海床地质勘察信息和技术数据是关系到隧道建设可行性研究、设计和施工与建设费用与工期等重大工程决策的主要因素。深水海洋地质勘察的难度高、投入大,而漏勘与情况失真的风险程度增大。因此隧道围岩的力学参数的确定显得更加重要,将直接影响到工程的投资和可靠性。   厦门翔安海底隧道工程是我国计划建设的第一条海底隧道,工程位于厦门岛东北端的湖里区五通村与翔安区西滨村之间,呈北东向展布,隧道全长约5.9公里,其中海域段长约4.2公里。东通道工程是厦门市公路骨干网规划中的重要组成部分,是厦门岛连接大陆的第三条通道。本文以该海底隧道工程为研究对象,以厦门翔安海底隧道围岩原位测试和室内试验取得成果为基础,最后采取优化的方法对隧道围岩的力学参数进行了取值研究,并进行相关折减综合给出了隧道设计和施工的参数建议值。   论文全篇共六章,较为系统的研究了翔安海底隧道围岩参数的获取及取值研究。论文第一章对于当前国内外力学参数取值的研究现状进行了详细的分析。论文第二章介绍了厦门海底隧道概况及隧道的工程地质条件,包括的地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件等。论文第三章对翔安海底隧道围岩的获取进行研究,通过钻孔变形法获取变形参数,巴西劈裂法获取岩石的抗拉强度及单轴抗压试验获取抗压强度参数,并对其影响因素进行分析。论文第四章深入分析力学性质的试验结果,对力学参数进行置信度为95%的研究和采用BP神经网络、随机-模糊法、最小二乘法、稳健估计法和优定斜率法进行了隧道围岩力学参数的优选。通过对比分析各种计算方法所确定的围岩力学参数,结合翔安海底隧道的实际情况综合给出了翔安海底隧道围岩岩块的力学参数值。论文第五章对当前力学参数的弱化处理方法进行研究,并对翔安海底隧道的力学参数值进行模糊折减研究,通过对参数值影响因素的分析得出判断矩阵,确定折减系数,进而对力学参数值进行折减,综合给出了隧道设计和施工的参数建议值。论文第六章根据上述分析得出全篇研究成果。   经过研究,得出了如下成果和结论:   (1)对沿线隧道区工程地质条件的调杳(包括岩性、地形地貌、构造特征、水文地质等),对区域地质情况进行分析。通过对区域内构造形成历史的分析,分析隧道断裂带的活动特征,以及受力变化特征,研究区新构造运动活动频繁,对海底隧道有不利影响。   (2)翔安海底隧道围岩力学参数的获取,包括巴西实验法确定抗拉强度、单轴抗压强度试验、直剪试验确定抗剪强度和和现场的钻孔变形测试变形参数,通过实验,得到了翔安海底隧道围岩的室内试验数据。并对力学参数确定的影响因素进行分析,通过分析得出,力学参数确定的影响因素不仅和岩体结构和岩性,风化程度,含水量,赋存环境(温度场、应力场),和尺寸效应有关,也和原始数据的质量及处理方法有密切联系。   (3)论文对隧道围岩的抗拉强度,弹性模量和变形模量等参数的概率分布等进行研究,并进行了参数的置信度研究,并给出置信度95%条件下,隧道围岩的抗拉强度、抗压强度、弹性模量和变形模量。   (4)论文采用最小二乘法、随机-模糊法、BP神经网络反分析法、优定斜率法和稳健估计法对隧道沿线的花岗闪长岩和黑云母花岗岩的抗剪强度进行分析,通过五种方法对比分析,最小二乘法在数据处理过程中不能判断测试数据误差大和误差小,对所有数据采用一致性处理。BP神经网络反分析法所采用的监控量测得到的水平收敛和拱顶沉降的值不是隧道开挖后第一时间的值,结果有一定误差。而随机-模糊法将较离散的数据点作次要考虑,靠近集中点的数据重点考虑和分析,能较好的反应岩体力学参数的实际,计算结果更接近工程实际和可靠。优定斜率法结果偏保守,稳健估计法克服了二维数据难以检验其可靠性的缺陷,得到了受异常值影响较小的稳健可靠的力学参数。但总的来说五种方法分析的隧道沿线岩体的抗剪强度差别不大,可以满足工程的需要。   (5)在考虑岩体赋存环境的复杂性及力学参数的模糊性,对翔安海底隧道围岩的力学参数进行了模糊折减处理,通过对各种力学参数的影响因素进行详细的分析,并确定判断矩阵和单因素判断矩阵,用MATLAB进行计算,通过计算得到根据因素集权向量和单因素评判的结果,进而得到各种力学参数的模糊折减系数,通过分析,翔安海底隧道围岩的折减系数为0.6左右,对处理过的力学参数进行折减给出工程建议值,通过不同方法处理并经模糊折减的工程建议值具有较高的可靠性,符合翔安海底隧道力学参数试验过程的实际和岩体所赋存的实际条件,可以为隧道的设计、施工、稳定性计算提供准确的力学参数。   总体来说,论文对厦门翔安海底隧道进行了围岩参数选取的研究,在对围岩力学参数的研究过程中,充分考虑了海上取样的有限性及代表性,运用多种方法对力学参数进行了优选研究,所选用的方法较好的体现了力学参数的特性,能较好的反应岩体的工程实际。本文对勘察获取的力学参数值进行优选研究虽然是针对厦门翔安海底隧道而言,但对于其他隧道的参数选取而言具有普遍的适用性。
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