软岩隧道底鼓机理分析及防治技术研究

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近年来我国隧道工程发展迅猛,长大、深埋隧道逐渐增多,穿越地质环境复杂的隧道也越来越多。当隧道在工程地质环境、围岩性质及施工条件的影响下,隧道将有可能会出现围岩变形、底鼓等地质灾害。隧道底鼓(底板隆起)是指洞室开挖后由于应力调整及水的作用,导致底板变形并向上隆起的现象。隧道底鼓对隧道底板造成危害,造成仰拱变形、开裂,加速隧道边墙的内部收敛,引起支护发生破坏。  本文结合软岩隧(巷)道底鼓已有研究成果,对软岩隧道底鼓机理及防治措施进行了分析研究,内容如下:  (1)运用滑移线理论分析了底鼓隧道底板不同区域的应力场,得出其应力状态,进而推导出底板的极限承载力滑移线解的公式,确定了底板塑性区发展区域,对底鼓隧道的底板速度场进行了分析,得出各个区域的运动趋势;  (2)在隧道底板区域建立满足力学边界条件的机动场,应用极限分析上限法推导出底板极限承载力的上限解公式;  (3)以屈服条件和平衡方程为基础,建立静力场,应用极限分析下限法推导出底板极限承载力的下限解公式;  (4)由于所推导出的底板的极限承载力上限解、下限解与滑移线解的公式一致,进而得出结论:底板的极限承载力滑移线解是其精确解;  (5)基于底鼓机理研究的结论,运用极限平衡理论、库伦土压力理论等理论,求解出底角锚杆、底板抗滑桩及底角锚杆等防护措施的支护参数,如长度、间距等。对各控制方案的技术合理性、适用性、经济性进行了对比,进而为实际工程选用合理有效的防治底鼓方案提供科学依据。
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