[发明专利]一种深埋隧道挤压型大变形地质力学模式构建方法

说明书

本发明公开了一种深埋隧道挤压型大变形地质力学模式构建方法，其构建方法步骤如下：步骤一：深埋隧道挤压型大变形地质环境与影响因素研究；步骤二：深埋隧道挤压型大变形时空变形特征分析；步骤三：深埋隧道挤压型大变形力学模型确定；所述步骤三中为建立岩石挤压型大变形的力学模型，在深入分析深埋隧道软弱围岩挤压型大变形力学机理基础上，结合岩石室内试验，进一步探明隧道开挖过程中岩石挤压变形的力学行为，该模型考虑了损伤扩容过程中塑性势函数随损伤变量从损伤扩容塑性势函数线性过渡到破裂碎胀塑性势函数，同时考虑了弹性模量、泊松比随损伤变量的变化规律，即该模型既考虑了强度参数的劣化规律，又考虑了变形参数的劣化。

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，具体是一种深埋隧道挤压型大变形地质力学模式构建方法。

背景技术

(1)深埋长大隧道工程现状

为了满足西部地区的经济社会发展需要，西部地区的铁路、公路和管道运输等基础设施建设的呈现快速发展的趋势，深埋隧道建设的需求在不断增大。深埋长大隧道在克服丘陵、山地和峡谷等地形障碍方面有无可替代的优势，西部地区山高谷深，地层发育齐全，岩土类型丰富，高海拔深埋隧道在高地应力软弱围岩条件下施工中极易出现挤压性大变形破坏。特别是川藏铁路的建设，在深埋隧道施工中遇到的各种地质灾害成为首要解决的问题之一。

目前，世界各国在铁路、公路和水利水电等领域修建了大量深埋隧道。国外典型深埋长大隧道有瑞士新圣哥达隧道(长度57km,最大埋深2300m)、法国-意大利的里昂-都灵隧道(长度54km,最大埋深2000m)、瑞士新列奇堡隧道(长度34km,最大埋深2200m)、日本大清水隧道(长度22.28km,最大埋深1300m)、瑞士辛普朗隧道(长度19.8km,最大埋深2140m)、意大利亚平宁铁路隧道(长度18.52km,最大埋深2000m)等，施工工程中遇到洞内褶曲变形、断层、岩爆、涌水、高地温等施工难题。

国内典型深埋长大隧道有高黎贡山铁路隧道(长度34.54km,最大埋深1155m)、秦岭隧道(长度18.45km,最大埋深1600m)、秦岭终南山隧道(长度18.02km,最大埋深1640m)、锦屏二级水电站引水隧洞(长度16.7km,最大埋深2525m)、桑珠岭隧道(长度16.26km,最大埋深1347m)、巴玉隧道(长度13.07km,最大埋深2080m)等，施工过程中遇到高地应力软岩大变形、岩爆、涌水等施工难题。

由此可知，影响隧道施工安全的因素不仅与埋深有关，还与隧道的岩性、地质构造和区域构造等因素息息相关。

(2)深埋长大隧道施工力学行为

关于深埋隧道施工过程表现出的力学行为特征国内外许多专家学者进行了深入的研究。G.Galli，Martin分别通过数值模拟和现场实验研究了深埋硬岩隧道开挖的脆性破坏过程。靳晓光，熊良宵等分别结合最大埋深760m的高地应力区某深埋隧道工程和最大埋深2 552m的锦屏二级水电站引水隧洞，分析了围岩应力、位移随掌子面推进过程的演化趋势，提出了高地应力区隧道施工对平面应力、空间主应力、围岩屈服度及位移的影响范围，对保证高地应力区隧道施工围岩稳定、确定合理的支护时机和开挖方案具有重要的现实意义。

通过大量的深埋隧道围岩形变压力现场实测数据，采用数理统计的方法，分析了围岩级别、隧道跨度、隧道埋深对围岩形变压力的影响及其变化规律，推导建立了竖向形变压力计算公式。吴世勇，黄志平等应用弹塑性有限元法分析了最大埋深2 525m的锦屏二级水电站引水隧洞开挖及支护过程中围岩的变形规律与特征、围岩应力分布及其变化规律、塑性区范围。