隧道与地下空间围岩稳定性三度空间分布特征研究

Based on sufficient investigation and analysis for natural and human-made cavern and tunnels, and also according to present surrounding rock theories, surrounding rock stability about tunnel and underground space three space classification theory hyposis is developed. Using investigation, theoretical and numerical analysis and laboratory experiment methods, surrounding rock stability about tunnel and underground space three space classification theory is proved. The study focuses on relation between surrounding rock stability and space position, surrounding rock stability recognizing and analyzing method and criterion. It also requires cases study analysis and statistic law summarize to prove correctness of the three space classification theory. Then, relationship between related influence factors and three space classification distributoin features is studied, three space classification distributoin features in discontinuity medium is also studied. Based on the above, the basic framwork of surrounding rock stability about three space classification theory of tunnel and underground space is established, it could be a theoretical reference for planning, designing and constructing in tunnel and underground space project.

在对自然及人工洞室稳定性典型案例的充分调查分析基础上，结合现有围岩稳定性理论，提出隧道及地下空间围岩稳定性三度空间理论假说，并采用调查统计研究、理论与数值分析、室内实验等方法对隧道及地下空间围岩稳定性三度空间理论进行论证。主要从隧道与地下空间围岩稳定性与空间位置关系调查统计分析、围岩稳定性的判定方法及判定准则、个案围岩稳定性分析及规律统计等方面来论证隧道及地下空间围岩稳定性三度空间理论的正确性；在上述基础上，通过研究围岩稳定性影响因素与三度空间分布特征相关性、非连续介质下三度空间的分布特征等对隧道及地下空间围岩稳定性三度空间理进行扩展研究，建立隧道及地下空间围岩稳定性三度空间理论的基本框架，指导隧道与地下工程的规划、设计与施工。

为了研究隧道的围岩稳定性与其空间分布特征，采用解析法、数值计算、现场监测与调查的方法，分别对隧道静力与静动力耦合作用下隧道围岩稳定性的分布这两个关键问题进行了研究，得到了以下结论：.（1）研究分析了不同埋深、不同围岩条件与不同侧压力系数情况下隧道应力场的重分布规律。.（2）引入了能量收敛准则。以室内实验为对照，得出当数值计算采用不平衡力10e-5、R=3000的收敛准则符合实验结果。.（3）将GSI指标引入到隧道极限状态分析计算中，根据计算得到隧道围岩稳定性安全系数与mi关系是当GSI<65时，随着mi的增加安全系数增大；GSI在65~90这个范围内，黏聚力会随着mi的增加而减小，进一步会影响到安全系数，安全系数亦会减小。此外，还计算得到了隧道围岩稳定性安全系数与开挖扰动系数D的关系，随着D的增加，由于对围岩的扰动增大，安全系数逐渐减小。.（4）计算了不同洞室尺寸（单线隧道、双线隧道与四线隧道）在埋深20m与100m时的隧道围岩安全系数。随着跨度逐渐增大，围岩安全系数越来越小。同一隧道相同mi时，随着GSI的增大，安全系数逐渐增大；另外，当30<GSI<65时，安全系数随着mi的增大而增大，当GSI>65时，安全系数随着mi的增大而减小。其次，计算了单线隧道与双线隧道的围岩稳定性空间分布。计算得到不同围岩条件下，隧道围岩强度储备随着埋深的变化先随埋深增大增加，再随埋深增加变小。研究得到了基于GSI的隧道围岩稳定性安全系数，提出了隧道围岩稳定性的三度空间分布。.（5）利用二维离散元计算了节理岩体中隧道围岩稳定性安全系数随埋深的变化，主要研究了节理间距、节理面组数与节理面参数对隧道围岩稳定性的影响。对比节理岩体中计算所得围岩稳定性安全系数与连续介质所计算得到的围岩稳定性“三度空间”，安全系数大于1的范围将缩小，DI与DII区域增大。.（6）通过对多个工程案例的深入研究，通过数值计算与现场围岩压力与位移的监测验证了隧道围岩稳定性三度空间的正确性。