隐伏溶洞对隧道围岩-支护结构稳定性的影响研究

岩溶灾害是山区隧道(洞)建设中常见的地质灾害之一。针对岩溶区隧道建设中隐伏溶洞对隧道围岩、支护结构稳定性的影响展开研究,主要研究成果和结论如下:(1)结合西南地区岩溶隧道灾害调查和资料分析,对不同空间展布、不同尺度的隐伏溶洞引起的隧道工程问题进行归类、分析,提出隐伏溶洞引起隧道灾害的两类基本形式,建立相应的力学分析模型。在考虑溶洞形成机制基础上结合围岩变形特性,提出溶洞模拟的“空场”力学模型和考虑溶蚀条件的“溶蚀”力学模型。(2)在深入分析大尺度隐伏溶洞引起的溶洞与隧道间岩层的失稳机制基础上,将大尺度隐伏溶洞影响时隧道顶板和底板的稳定性问题简化为梁、板的跨塌失稳问题。在考虑施工期荷载特征和岩体强度弱化基础上,采用弹性板理论推导了岩溶隧道顶板、底板的最小安全厚度分析公式。(3)针对大部分常见中、小尺度溶洞引起的岩溶隧道稳定性问题,通过数值仿真试验,系统分析不同位置、不同规模和洞间距的隐伏溶洞对圆形、城门洞型隧道围岩应力、位移和支护结构内力的影响;研究围岩塑性区的变化特征。在数值试验基础上,对不同规模、位置隐伏溶洞引起的隧道位移变化规律的内在机制进行理论剖析;给出隐伏溶洞影响时隧道围岩位移、应力和支护结构内力变化的量化特征;提出隐伏溶洞影响范围划分图。(4)研究不同位置、不同尺度隐伏溶洞对隧道围岩空间位移变化特征的影响规律;分析不同围岩条件和不同地应力条件下隐伏溶洞对隧道围岩位移、应力和支护结构内力影响的变化规律。(5)跟踪岩溶区隧道施工进行了现场原位试验,对几种空间展布和尺度隐伏溶洞引起的围岩位移、应力和支护结构内力的影响进行了现场测试;分析不同围岩条件时隐伏溶洞对隧道围岩和支护结构特性影响的变化规律。通过依托工程典型洞段洞外预埋位移观测仪器(机械式多点位移计),研究有、无溶洞条件下隧道位移空间变形特性的变化。现场原位试验验证理论分析和数值试验所得规律的合理性和可信性。