为研究复杂工程地质条件下的隧道围岩在施工过程中的力学特征,以陕西省石泉县喜河—后柳改建公路的拟建隧道为研究对象,以有限元为研究方法,基于其地形地貌、地层岩性、水文地质等工程地质特征数据,形成模型相关参数,以此建立隧道三维地质数值分析模型,利用隧道钝化模拟单向全断面开挖的施工工况,探讨其应力分布特征及变化规律.结果表明:开挖的隧道会表现出显著的应力集中现象,其对隧道顶部围岩稳定性影响最大;在本模型中,隧道开挖未支护时,天然应力处于临界状态的中风化绿泥石石英片岩和断层带整体处于破坏的应力状态,而开挖前相当稳定的微风化绿泥石石英片岩、微风化石灰岩、微风化闪长岩在开挖时大部分处于稳定状态,只有局部处于破坏状态,而微风化碳质石英片岩稳定性不受影响;在参考监测数据中,中风化绿泥石石英片岩开挖后失稳,其他岩层处于稳定状态.
考虑井壁周围岩体中流体的渗流作用,建立了套管错断口井壁岩体的平衡微分方程。然后按照损伤程度的不同将错断口井壁岩体划分为不同的区域(失稳破坏区、损伤区、弹性区),考虑不同区域内岩石材料参数的不同,分析了错断口周围岩体各个区域内的应力分布规律,确定了失稳破坏区和损伤区的半径,并在此基础上得到了岩体发生失稳破坏和损伤时的临界应力条件,从而为套管错断后井壁稳定性的研究和错断口吐岩块现象的预防提供了理论依据。
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