软岩蠕变效应对隧道结构长期受力的影响分析

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随着我国隧洞工程建设逐渐向西部地区发展,软岩地层大量显现。软岩具有较强的蠕变效应,在地应力作用下随着时间持续变形,导致隧洞衬砌结构所受外荷载不断增大,给隧洞衬砌结构设计带来极大的挑战,严重威胁隧洞长期的安全运营。本文依托某软岩引水隧洞工程,综合采用理论分析、数据拟合、数值模拟和回归分析等手段,针对泥岩地层条件下,围岩的蠕变效应对隧洞衬砌结构长期受力影响进行了系统的研究,主要研究工作如下:(1)分析了经典岩石蠕变模型及其适用条件,基于隧洞泥岩试样单轴压缩蠕变试验结果,选取伯格斯模型对泥岩的蠕变特征进行描述,并采用1stOpt软件对模型参数进行了辨识。通过对比拟合蠕变曲线和蠕变试验数据可以判断,伯格斯模型能较好地模拟泥岩试样的蠕变特性。(2)综合采用多元线性回归分析原理和FLAC3D数值计算方法,建立了隧洞工程区软岩段三维地质模型,计算了钻孔位置在自重应力场、构造应力场共6种工况下的初始应力模拟值,结合现场初始应力场实测结果,得到了隧洞软岩段初始应力场的线性回归方程,并依此探明了隧洞软岩段轴线上初始应力场量值和分布特征。(3)采用有限差分软件FLAC3D,建立了软岩蠕变地层-结构数值模型,模型中围岩采用伯格斯蠕变模型以分析软岩的蠕变效应对隧道结构长期受力的影响。基于该模型,分析了不同初始应力场条件下围岩蠕变效应对隧洞结构受力和变形的影响规律,研究了隧洞一般断面衬砌和扩大断面衬砌的长期安全性。(4)研究了围岩蠕变效应下隧洞长期受力常用的控制对策及其原理,基于软岩蠕变地层-结构数值模型,分别探明了锚注支护和柔性可压缩层在控制围岩蠕变效应对隧洞二次衬砌结构产生不利影响上起到的作用。
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