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河海大学硕士学位论文高地应力区隧洞围岩稳定性分析姓名：***申请学位级别：硕士专业：水工结构工程指导教师：***20060301第三章锦屏隧洞工程区初始荷载分析水压力达１０．２２ＭＰａ；长探洞埋深１８４３ｍ处实测最大主应力值达４２．１ｌＭＰａ。
由于探洞未深入至最大埋深处，预计最大埋深处的外水压力和最大主应力值将更大、涌水问题更突出。
如此高外水压力和高地应力作用下的深埋隧洞的建设国内外水电建设中尚无先例，这给引水隧洞的设计和施工提出了巨大挑战。
为此我们对锦屏二级水电站引水发电隧洞进行数值模拟，力求为施工和运行提供安全可靠的依据。
下图为锦屏工程区三维立体图。
图３－１锦屏工程区三维立体图§３．２隧洞工程区初始地应力场分析３．２．１初始应力场反演分析方法锦屏隧洞工程区在前期勘测及辅助洞施工过程中，同－Ｎ点处采用三种不同的测量方法，测得的地应力值均不一致，这就要求必须对其进行分析来确定最终的取舍。
由于该测点埋深４６３ｍ，根据盯：＝ｍ计算得到由自重产生的铅直方向的应力约为１２ＭＰａ，因为垂直向应力主要由自重产生，故可以初步判断水压致裂法测出的结果比较接近实际；再次，可以结合区域应力场的分布规律来分析，我们知道在岸坡附近最大主应力的方向近似平行于岸坡方向，因此可以断定水压致裂法测量的结果比较准确。
根据地质力学分析，初始地应力场主要是由自重应力场和构造应力场迭加而成的。
将自重、构造应力分量分别作为不同工况进行三维弹性有限元计算，在各工况计算中，均模拟实际工程的地形条件、地质条件。
以实测应力点处各工况的有限元计算应力值作为自变量，测点应力回归值为因变量进行回归计算１３８】。
多元线性回归方程为：河海大学硕士学位论文为建模边界条件。
垂直方向取３３５ｍ。
模型上边界高程为１７８５ｍ，下边界高程为Ｉ４５０ｍ。
由于引水隧洞共有四条，且有两条辅助洞，因此建模应该考虑隧洞群均不受边界条件的影响ｆ５０Ｊ，在水平方向取６６０ｍ。
隧道工程中的地应力与围岩稳定性研究隧道工程中的地应力与围岩稳定性研究隧道工程是现代交通和城市建设中不可或缺的一部分，而地应力与围岩稳定性是隧道工程设计和施工过程中必须要考虑的重要因素之一。
地应力是指地下岩体或土体受到的内外力的作用，它是岩体或土体稳定性的重要指标之一。
而围岩稳定性是指隧道围岩在地应力作用下的稳定性能。
地应力的研究是为了确定隧道设计和施工过程中围岩的稳定性，以及预测隧道运营中可能出现的岩体变形和破坏。
地应力的大小和分布受到多种因素的影响，包括地下水位、地下岩体的性质和构造、地下岩层的变形和破裂等。
因此，对地应力的准确测量和预测是进行隧道设计和施工的重要前提。
地应力的测量通常使用应变计、应变片和压力计等设备进行。
这些设备可以测量地下岩体中的应力大小和分布，从而为隧道设计和施工提供可靠的数据。
此外，还可以通过数值模拟方法对地应力进行预测。
数值模拟方法可以模拟地下岩体中的应力分布，根据不同的地下岩体特征和地下水位等参数进行模拟计算，从而获得地应力的分布情况。
围岩稳定性是指隧道围岩在地应力作用下的稳定性能。
围岩稳定性的研究是为了确定隧道设计和施工过程中围岩的稳定性，以及预测隧道运营中可能出现的岩体变形和破坏。
围岩稳定性的评价通常包括围岩的强度、围岩的变形和岩体的破坏等指标。
围岩的强度是指围岩抵抗外界应力的能力，而围岩的变形是指围岩在地应力作用下发生的变形情况，岩体的破坏是指围岩在地应力作用下发生的破坏情况。
围岩稳定性的研究通常采用实验室试验和现场观测相结合的方法。
实验室试验可以模拟地下岩体中的应力作用，通过测量围岩的强度和变形等参数，从而对围岩的稳定性进行评估。
现场观测可以直接观察地下岩体的变形和破坏情况，通过测量岩体的裂缝和位移等指标，从而对围岩的稳定性进行评估。
地应力与围岩稳定性的研究对于隧道工程的设计和施工具有重要意义。
通过准确测量和预测地应力的大小和分布，可以为隧道设计和施工提供可靠的数据，以确保隧道工程的安全性和稳定性。
层状岩体引水隧洞围岩稳定性分析及分级中结构面产状评分细化层状岩体引水隧洞围岩稳定性分析及分级中结构面产状评分细化引言：随着经济的发展和城市化进程的加速，水资源日益显得稀缺和宝贵。
为了解决这一问题，设计和建设水利工程成为一项重要任务。
而在水利工程中，隧洞是常用的工程形式之一，尤其在山区地区。
然而，由于土地资源的限制，这些山区地区常常会面临岩石较多的地质条件，因此，对层状岩体引水隧洞围岩稳定性进行细致的分析和评估是必不可少的。
一、层状岩体引水隧洞围岩特征分析层状岩体指的是具有平行或近于平行的岩石层面的构造。
由于层状岩体中的层面相互之间的连接性较弱，因此围岩的稳定性常常受到影响。
而在水利工程中，岩层的稳定性对于隧洞工程的安全运行至关重要。
因此，对层状岩体引水隧洞围岩的特征进行详细分析是十分必要的。
二、围岩稳定性分析方法及评分细化1. 岩石力学参数测试：通过对层状岩体引水隧洞围岩中各岩层的力学参数进行测试，例如抗压强度、抗拉强度、变形模量等，以了解围岩的强度特性。
2. 结构面产状评估：结构面是岩石中存在的断裂、节理等裂隙，是岩体破坏的主要破坏面。
通过对围岩中结构面的产状和数量进行评估，可以判断围岩的稳定性。
3. 岩体应力分析：通过岩体应力分析，掌握岩体内部应力状况，预测和评估围岩的破坏机理和变形规律，为隧洞施工提供理论依据。
4. 数值模拟分析：借助计算机软件，通过对层状岩体引水隧洞围岩进行数值模拟分析，可以模拟围岩在不同泄水条件下的变形和破坏情况，提供实际工程情况下围岩稳定性的预测和评估。
三、结构面产状评分细化结构面产状评分是对结构面进行定量评估的方法，可以用于辅助围岩稳定性分析。
根据结构面的产状特征，可以判断其对围岩稳定性的影响程度，并相应地给予评分。
评分细化可以更准确地评估结构面的危害性，为工程建设提供更有针对性的措施。
1. 结构面产状评分参数：(1) 结构面倾角：倾角较大的结构面具有较大的破坏倾向性，给予较高的评分。
围岩稳定性论文：高地应力公路隧道施工围岩稳定性研究【中文摘要】基于围岩稳定性理论，详细分析了影响高地应力区公路隧道围岩稳定性的因素，进而对高地应力区公路隧道围岩稳定性主要影响因素进行量化分析，并针对高地应力隧道施工引起围岩应力集中与变形过大问题采取合理的卸压支护措施进行数值模拟研究，为高地应力区公路隧道设计与施工提供科学的理论依据。
本文研究的主要成果如下：1.从高地应力定义、单元类型、网格划分、边界条件、围岩破坏模式、模型参数等方面入手，建立高地应力公路隧道数值模型，对数值模型进行验证，并提出本文计算流程。
2.依据围岩稳定性理论，通过数值模拟方法，针对围岩的强度、隧道埋深、跨度、侧压力系数、断面形式、高跨比等因素在高地应力隧道施工过程中对围岩稳定性影响有所不同，建立数值分析模型，对围岩稳定性的影响因素进行了分析。
得出围岩强度、埋深、跨度是影响高地应力隧道围岩应力与变形的主要因素，同时侧向压力系数、高跨比对高地应力隧道围岩应力与变形也具有一定的影响，断面形式的变化对围岩应力与变形影响较小。
3.通过数值模拟，对高地应力公路隧道施工影响围岩稳定性的主要因素进行量化分析，得到了围岩应力与变形的影响规律及量化公式，并用数值模拟结果对量化公式进行比较，分析可以应用于高地应力隧道施工估算最大围岩应力与变形。
4.针对隧道施工后围岩应力集中与变形过大，采取卸压槽法、钻孔卸压法、衬砌选择、锚杆布置等卸压支护措施。
通过数值模拟分析，效果明显，为实际高地应力隧道工程设计与施工提供科学的理论依据。
【英文摘要】Based on the theory of the stability of surrounding rock, the paper had analyzeddetailedly the factors of influencing high ground stress surrounding rock’s stabilityand then had a quantitative analysis in allusion to Several larger factors of influencinghigh ground stress surrounding rock’s stability and took reasonable dischargingpressure support measures according to the problems of high ground stressconcentration and large deformation in surrounding rock tunnel construction, thatprovided certain theoretical basis for high geostress tunnel construction. This paperstudies the main work was as follows:1. From the high geostress definition, types, grid partition, unit boundary conditions,wall rock failure mode, model parameter and teaching,a high geostress highwaytunnel numerical model was established , the numerical model was validated, and itput forward the calculation procedure in this paper.2.According to the stability of surrounding rock of theory and through numericalsimulation method ,it set up a large amount of numerical model to analyze affect ofsurrounding rock stress anddeformation in the process of tunnel excavation and itcontrasted that the influence weights of various factors on account of parameters ofsurrounding rock, tunnel buried depth, tunnel hole diameter and the lateral pressurecoefficient, tunnel profile form as well as depth-span ratio six factors change in theprocess of the surrounding rock tunnel construction to lead to the deformation andstress of the surrounding rock were different forms. It draw that the strength of surrounding rock, buried depth, span were the main factor on high ground stresssurrounding rock stress and deformation and lateral pressure coefficient, high crossthan also had a certain effect for high geostress surrounding rock stress anddeformation, the form changes of the section of surrounding rock was smallinfluence on stress and deformation.3.Through numerical simulation, it quantitatively analysis the main factors of theinfluence on the stability of surrounding rock In the high geostress highway tunnelconstruction process.It obtained quantitative formula and the influence law of thesurrounding rock stress and deformation, and numerical simulation results of thequantized formulas for comparison and analysis could be applied to highgeostresstunnel construction surrounding rock stress and deformation of the largest estimate.4. For tunnel construction surrounding rock stress concentration and deformation aftertoo large, took discharging pressure trough method, borehole discharge pressure,lining selection, such as anchor arrangement discharging pressure supportmeasures.through numerical simulation, the effect was obvious, it provide thescientific theory for actual high geostress tunnel engineering design and construction.【关键词】围岩稳定性高地应力变形因素规律卸压支护【英文关键词】the stability of surrounding rock High geostress Deformation Factors The rule Discharging pressure support【目录】高地应力公路隧道施工围岩稳定性研究摘要5-6ABSTRACT6-7第一章绪论10-19 1.1 课题研究的目的和意义10 1.2 国内外研究现状10-15 1.2.1 围岩稳定性发展现状10-13 1.2.2 高地应力隧道卸压支护措施研究现状13-15 1.3 研究的主要内容15-16 1.4 研究方法与技术路线16-17 1.4.1 研究方法16-17 1.4.2 技术路线17 1.5 研究的重点和难点17-19第二章高地应力公路隧道数值模型建立19-28 2.1 高地应力的定义19-20 2.2 单元类型、网格划分及边界条件20-21 2.2.1 单元类型的选取20-21 2.2.2 模型维度和网格的选取21 2.2.3 边界条件21 2.3 围岩破坏模式选取21-23 2.4 模型验证参数选取23 2.5 模型验证23-26 2.6 计算流程26-27 2.7 本章小结27-28第三章高地应力公路隧道施工围岩稳定性量化分析28-55 3.1 引言28 3.2 影响围岩稳定性因素分析28-40 3.2.1 围岩强度28-33 3.2.2 隧道埋深33-34 3.2.3 隧道跨度34-35 3.2.4 侧向压力系数35-36 3.2.5 隧道断面形式36-38 3.2.6 高跨比38-40 3.3 围岩稳定性量化分析40-53 3.3.1 数值方案设计40-43 3.3.2 隧道埋深 H 影响量化分析43-44 3.3.3 隧道跨度 D 影响量化分析44-47 3.3.4 围岩强度影响量化分析47-49 3.3.5 侧向压力系数影响量化分析49-52 3.3.6 高跨比影响量化分析52-53 3.4 本章小结53-55第四章高地应力公路隧道卸压支护措施的数值分析55-89 4.1 引言55-56 4.2 卸压支护方案设计56-57 4.2.1 卸压支护措施选取56 4.2.2 围岩参数与地层条件选取56-57 4.3 卸压数值模拟57-80 4.3.1 卸压措施57-58 4.3.2 卸压槽法数值模拟58-74 4.3.3 钻孔卸压法数值模拟74-80 4.4 支护数值模拟80-87 4.4.1 支护措施选取80-81 4.4.2 支护模拟81-87 4.5 本章小结87-89结论与展望89-91结论89-90展望90-91参考文献91-95致谢95-96附录96。
高地热高地应力水工隧洞衬砌稳定性研究李燕波，侍克斌（新疆农业大学水利与土木工程学院，新疆乌鲁木齐830052）摘要：以新疆塔什库尔干河齐热哈塔尔水电站引水隧洞为例，使用ANSYSWorkbench软件建立了热－固耦合分析模型，采用数值模拟的方法分析了高地热、高地应力、压力水头311.49 m条件下，水工隧洞运行期衬砌的稳定性。
结果表明：隔热层的设置能明显改善一期混凝土衬砌的受力情况，衬砌平均主应力减小约46%，但对二期混凝土几乎没有影响，且衬砌结构的平均位移增大约14%；设置隔热层能显著提高一期混凝土的安全性，但二期混凝土除两底角安全系数大于1外，其余部位的安全系数仍小于1；隔热层＋一期混凝土＋二期混凝土组成的支护结构有其合理之处，但必须使用高性能混凝土提高支护结构的抗裂性能，才能满足工程安全的要求。
关键词：隧洞；热－固耦合；高地热；高地应力；衬砌稳定性近年来，随着浅部地表资源的日益枯竭，我国逐渐加大了对地下空间的开发与利用。
地下建筑在穿过不同地层时可能会遇到多种地质灾害，其中高地热与高地应力问题是隧道建设中亟待解决的问题。
当埋深大于100 m时，岩体温度和温度应力随埋深的增加呈线性增大趋势，且温度应力仅为自重应力的1／9左右，因此对地下工程进行计算时主要考虑地应力，可忽略温度应力［1］。
但近年来国内外遇到的一些工程与上述情况并不相符，如：日本安房公路隧道最大埋深为0.7 km，地温达75℃；新疆塔什库尔干河齐热哈塔尔水电站引水隧洞最大埋深为1.8 km，地温最高达100℃［2－3］，在全世界范围内尚属首例。
在此类地热灾害十分严重的地下工程中，只考虑地应力而忽略温度应力显然是不合理的。
由此可见，对隧道高地热、高地应力耦合问题进行研究具有重要意义。
目前国内外学者对隧道地热灾害的研究侧重于地温场分布、围岩温度预测［4－5］，以及高地温条件下混凝土和支护结构的力学性能［6－8］，隧道地应力场的研究［9－10］侧重于施工期隧道围岩稳定性、破坏机制和岩爆预测等，对高地热、高地应力条件下隧洞运行期衬砌结构稳定性的研究较少［11］。
高地应力软岩隧道围岩压力研究和围岩与支护结构相互作用机理分析高地应力软岩隧道围岩压力研究和围岩与支护结构相互作用机理分析隧道工程建设中，软岩地层是常见的地质条件之一。
其中，高地应力软岩隧道对围岩压力和支护结构设计提出了更高的要求。
因此，研究高地应力软岩隧道围岩压力和围岩与支护结构相互作用机理具有重要意义。
一、高地应力软岩隧道围岩压力研究高地应力软岩隧道围岩压力主要与围岩的地质背景、地应力特征相关。
软岩的应力特点是在地质演化过程中长期受到地壳运动的作用，形成了较高的地应力。
软岩隧道开挖过程中，地应力释放导致围岩应力分布发生变化。
因此，研究高地应力软岩隧道围岩压力变化规律有助于合理控制围岩变形和支护结构设计。
针对高地应力软岩隧道的围岩压力研究，目前主要采用数值模拟、现场监测和物理模型试验等方法。
数值模拟采用有限元方法，模拟软岩隧道开挖过程中围岩应力变化规律。
现场监测通过安装应力计、位移计等进行实时监测，获取隧道施工前后围岩的应力变化数据。
物理模型试验则通过建立软岩隧道模型，模拟实际隧道施工条件下的应力分布情况。
研究结果表明，高地应力软岩隧道围岩压力受到地应力的控制，压力分布规律主要表现为：1）开挖正面附近围岩应力较为集中，呈现出一个高压区，超过了软岩的强度，容易形成开挖面破坏；2）隧道两侧围岩应力较小，随着开挖面的扩大，围岩应力逐渐下降；3）隧道顶部应力较大，但不如开挖正面附近的围岩应力集中。
此外，高地应力软岩隧道围岩压力还受到隧道几何形状和地层变形特征等因素的影响。
二、围岩与支护结构相互作用机理分析高地应力软岩隧道的支护结构设计需要考虑围岩与支护结构之间的相互作用。
围岩与支护结构的相互作用机理主要包括：围岩的初始应力分布、围岩的变形特性、支护结构的刚度和应变分布等。
首先，围岩的初始应力分布对支护结构的影响较大。
高地应力软岩隧道的围岩初始应力较大，存在一定的势能。
支护结构的施工过程中，会产生一定的位移，进而改变围岩的应力分布。
供水工程输水隧洞围岩稳定性分析及衬砌优化设计探讨摘要：供水工程输水隧洞应用广泛，近年来随着城市供水溉日益增长的需求，输水隧洞得到了大量运用。
通过对输水隧洞多方面的研究，不但能够提高隧洞的安全性，而且能有效保证供水工程整体质量和使用寿命。
输水隧洞多方面研究的工作已越来越受到相关部门的重视，基于上述原因，本文就供水工程输水隧洞围岩稳定性分析及衬砌优化设计进行详细探究。
关键词：供水工程；输水隧洞；围岩稳定性；衬砌优化设计中图分类号：TV39文献标识码：A1引言在地下施工作业中，通常会碰到特质不均匀的地表岩石、复杂多样地质构造的问题。
如果再受到力的影响(其中包括外力、应力和内力)，岩体整个内部结构就会产生极大的变化。
如果围岩有形状的变化、位置的移动、松动的围岩地质结构，就会导致很大损失，这表明加强监督管控测量工作对施工作业至关重要。
要保证地下输水隧洞工程能有效减少塌方等危险，就要遵循岩力学的变化规律，对岩围机构的支护时间、参数等指数合理有效整合、掌握和了解。
2 概述输水隧洞工程是隐蔽工程，经常会遇到岩溶、软弱夹层等不良地质，围岩周边岩溶的存在不仅在施工期时容易发生涌水突泥，在运行期也极有可能导致水量渗漏损失[1]，软弱夹层的存在降低了围岩的整体强度，处理不当可能导致隧洞围岩的局部失稳甚至产生大范围的崩塌，引起施工进度拖延，甚至导致人员伤亡，造成严重的质量和安全事故。
衬砌结构作为水工隧洞的重要组成部分之一，起到了减小糙率、保护围岩以及协同承载等重要作用。
在复杂地质条件和内水压力等多种不利因素的综合影响下，衬砌开裂事件时有发生。
衬砌开裂会造成严重渗漏，极大地影响了水工隧洞的运行安全和使用寿命。
3 隧洞围岩变形影响因素隧洞施工过程中，围岩变形受到各种因素的影响[2]。
但是，我国目前的隧洞规范没有基于位移的围岩稳定标准，主要是由于在不同岩性和不同工作条件下，围岩位移发生了较大变化。
另外，跨度、埋深、施工方法等因素对围岩变形也有较大影响。
高地应力水工隧洞节理围岩稳定及支护措施研究高地应力水工隧洞节理围岩稳定及支护措施研究随着经济的发展和交通的日益便捷，水利工程在我国的建设中扮演着重要的角色。
水工隧洞作为水利工程中的重要组成部分，其稳定性直接影响着工程的安全运行。
然而，高地应力条件下的水工隧洞节理围岩稳定性问题一直是工程界面临的难题之一。
因此，对高地应力水工隧洞节理围岩稳定性及支护措施的研究具有重要的理论和实践意义。
高地应力水工隧洞的稳定性问题与其地质特点密切相关。
高地应力水工隧洞常处于深部岩体，其地层岩石具有较高的地应力。
这种高地应力导致围岩出现密接断裂、滑动断裂和剪切变形等现象，给工程带来了极大的不稳定性。
同时，高地应力条件下围岩岩性也变得非常脆弱，容易出现碎裂、抛掷和冒落等问题，增加了工程的风险。
针对高地应力水工隧洞围岩的稳定性问题，研究者们提出了一系列的支护措施。
首先，合理的设计隧洞的几何形状对于提高工程的稳定性至关重要。
通过选择合适的隧洞断面形状、减小开挖断面的大小及合理的埋深，可以降低围岩的应力集中程度，减少围岩的变形和破坏。
其次，加强隧洞支护工程是确保隧洞稳定性的关键。
目前，常用的隧洞支护方法包括初期支护和永久支护两个阶段。
初期支护主要通过施工拱形支架来减轻围岩压力，同时也可以降低地质灾害的风险。
除了上述的支护措施外，还有其他一些技术手段可以用于提高高地应力水工隧洞节理围岩的稳定性。
比如，在勘探阶段采取合理的地质预报方法，对围岩的物理、力学特性进行全面准确的分析，为后续的工程设计和施工提供可靠的依据。
此外，科学地选择爆破参数、合理布置支护材料等也是保证工程稳定的重要环节。
高地应力水工隧洞节理围岩稳定及支护措施研究是一个复杂而艰巨的任务，需要从地质学、力学学以及工程学等多个学科的角度进行深入研究。
在研究中，应该重视理论和实践的结合，注重试验研究和现场观测的数据收集，以提高研究成果的可靠性和适用性。
同时，还要加强与其他领域的交叉研究和合作，吸引更多的研究力量投入到这一领域中，共同推动高地应力水工隧洞节理围岩稳定性问题的解决。
高地应力软岩隧道围岩压力研究和围岩与支护结构相互作用机理分析一、本文概述随着交通运输业的快速发展，我国隧道工程建设规模不断扩大，尤其是在高地应力、软岩等不良地质条件下的隧道工程日益增多。
这些工程面临着围岩压力大、变形控制难、支护结构受力复杂等诸多技术挑战。
因此，深入研究高地应力软岩隧道围岩压力及其与支护结构的相互作用机理，对于提高隧道工程的安全性、经济性和耐久性具有重要意义。
本文旨在通过对高地应力软岩隧道围岩压力的研究，分析围岩与支护结构之间的相互作用机理。
文章首先介绍了高地应力软岩隧道的基本特点和围岩压力的成因，然后详细阐述了围岩压力的计算方法和影响因素。
在此基础上，文章重点分析了围岩与支护结构之间的相互作用机理，包括围岩变形对支护结构的影响、支护结构对围岩的约束作用以及两者之间的协同工作机制。
文章提出了一些优化隧道支护结构设计的建议，以期提高隧道工程的安全性和经济效益。
通过本文的研究，可以为高地应力软岩隧道的设计、施工和维护提供有益的参考和借鉴，推动我国隧道工程技术的不断发展和进步。
二、高地应力软岩隧道围岩压力研究在高地应力环境中，软岩隧道的围岩压力特性与常规条件下的隧道有着显著的不同。
因此，对于高地应力软岩隧道，围岩压力的研究至关重要。
高地应力软岩隧道围岩压力的形成受到多种因素的影响，包括地应力水平、岩石力学性质、隧道形状和尺寸等。
高地应力水平会导致隧道开挖后围岩应力重分布，进而产生显著的应力集中现象。
软岩的低强度、高变形特性使得围岩在应力重分布过程中更容易发生破坏和变形。
隧道形状和尺寸也会对围岩压力产生影响，合理的隧道设计可以有效地减小围岩压力。
为了深入研究高地应力软岩隧道围岩压力的特性，本文采用了数值模拟和现场监测相结合的方法。
通过数值模拟，可以模拟不同地应力水平、岩石力学性质和隧道形状下的围岩压力分布规律，为隧道设计提供理论依据。
同时，现场监测可以实时监测隧道开挖过程中的围岩压力和变形情况，为隧道施工提供安全保障。
