隧道力学第14讲

•围岩变形机理与失稳模式•隧道稳定性判别及施工位移管理•软弱围岩稳定性判别技术•基于屈曲原理的支护结构稳定性判别技术•软弱围岩稳定性位移管理基准第八章隧道稳定性分析第一节概述一、隧道稳定性•隧道稳定指洞周变形速率呈递减趋势并逐渐趋近于零，其最终位移不侵入限界，结构不出现影响正常使用的裂缝和破损。隧道稳定性指隧道稳定的程度。极限位移隧道系统或其一部分超过某一特定状态就不能满足规定的某一功能要求，此状态即为该功能的极限状态，隧道处于稳定性极限状态的隧道位移被称为隧道极限位移。二、隧道稳定性评价方法•围岩分类方法•块体理论方法•理论解析法•物理试验法•数值模拟法•智能分析方法及专家系统法第二节围岩变形机理与失稳模式(1)受岩体结构面控制，并受地下水、地应力、岩性、开挖方式等重要因素的影响。(2)在隧道开挖扰动、卸荷作用下，围岩周围应力场发生重分布变化，进而对其围岩变形和失稳过程产生影响。一、围岩变形机理二、围岩失稳模式•整体块状结构围岩隧道失稳模式——岩爆和劈裂剥落•块状结构围岩隧道失稳模式——掉块、塌方•层状结构围岩隧道失稳模式——弯折和顺层滑移变形•碎裂结构围岩隧道失稳模式——流塑特征变形•碎裂结构围岩隧道失稳模式——液化、泥化、大变形、坍塌一、隧道稳定性判别方法•围岩强度判别法(1)关键参数不易定量获取；(2)围岩在破损过程不断得以维护，经典强度理论陷入困境；(3)多因素的耦合作用使困难加重。隧道变形判别方法——变形参数判据最能综合反应洞室的开挖效应和施工稳定状态，因此被国内外隧道界普遍接受。(1)容许位移判据(2)变形速率判据(3)位移加速度判据(4)收敛比判据第三节隧道稳定性判别方法二、隧道体系稳定性极限位移1.极限位移的确定方法•常规手段——理论分析、现场调查和室内实验实际采用方法——收敛约束法具体实施流程：(1)监测并数据回归(2)反分析(3)数值计算(4)绘制特征曲线2.隧道失稳的经验先兆(1)局部块石坍塌或层状劈裂，喷层的大量开裂；(2)累计位移量已达极限位移的2/3，且仍未出现收敛减缓的迹象；(3)每日的位移量超过极限位移的10％；(4)洞室变形有异常加速，即在无施工干扰时的变形速率加大。三、变形控制基准1.日本典型成果表8-1日本铁路隧道的净空位移的控制基准围岩级别单线双线、新干线特S100mm以上150mm以上ⅠS75~100mm100~150mmⅠN-125～75mm50～100mmⅠN-2～ⅤN25mm50mm2.国内典型成果表8-2隧道的净空位移的控制基准围岩级别净空位移值小跨度～较大跨度大跨度～特大跨度Ⅵ150mm200mmⅤ100～150mm150～200mmⅣ50～100mm100～150mmⅠ～Ⅲ50mm以下100mm以下表8-3隧道的拱顶下沉量的控制基准围岩级别拱顶下沉小跨度～较大跨度大跨度～特大跨度Ⅵ200mm350mmⅤ100～200mm200～300mmⅣ50～100mm100～200mmⅠ～Ⅲ50mm以下100mm以下表8-4隧道掌子面前方先行位移的控制基准围岩级别掌子面前方先行位移值Ⅴ～Ⅵ总位移值的20～30％表8-5隧道掌子面挤出位移的控制基准围岩级别掌子面挤出位移小跨度～较大跨度大跨度～特大跨度Ⅴ～Ⅵ50mm～70mm70mm～100mmⅣ小于50mm小于70mm表8-6隧道脚部下沉的控制基准围岩级别脚部下沉量Ⅴ～Ⅵ小于拱顶下沉值表8-7隧道掌子面后方初期位移速度的控制基准围岩级别掌子面后方初期净空位移速度小跨度～较大跨度大跨度～特大跨度Ⅴ～Ⅵ10mm/d20mm/d