黃土隧道工程地質(zhì)災(zāi)害主要類(lèi)型及分析評(píng)價(jià).pdf

1、黃土是第四紀(jì)干旱半干旱特定地區(qū)形成的具有特定物質(zhì)組成和微觀(guān)結(jié)構(gòu)的特殊土，在古地形地貌基礎(chǔ)上繼承性堆積形成幔覆結(jié)構(gòu)。顆粒級(jí)配、接觸關(guān)系、孔隙類(lèi)型和大小、膠聯(lián)結(jié)構(gòu)類(lèi)型、狀態(tài)及特征等關(guān)系構(gòu)成黃土的基本骨架，決定了黃土構(gòu)造特殊，強(qiáng)度偏低，承載力低，部分具有濕陷性。黃土表現(xiàn)出特殊的工程特性，對(duì)工程結(jié)構(gòu)物危害大，為工程界普遍關(guān)注并被視為特殊工程地質(zhì)體，在隧道工程中被視作特殊類(lèi)型的Ⅱ、Ⅲ類(lèi)軟弱圍巖。黃土隧道將黃土作為施作對(duì)象，開(kāi)挖過(guò)程極大地改變了黃土

2、體的天然應(yīng)力狀態(tài)，隨著初期支護(hù)和二次襯砌的施作，又改變了黃土圍巖的二次應(yīng)力和三次應(yīng)力狀態(tài)，使得原本就復(fù)雜的黃土工程特性又經(jīng)歷了復(fù)雜的應(yīng)力調(diào)整過(guò)程，這一過(guò)程使洞室圍巖的應(yīng)力一部分轉(zhuǎn)移到附近區(qū)域，另一部分則以塌方等地質(zhì)災(zāi)害形式而釋放掉。黃土節(jié)理發(fā)育，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低，水理性質(zhì)差，這是黃土隧道的首要難題。 隧道的工程地質(zhì)條件密切關(guān)系到隧道修建時(shí)的開(kāi)挖方法、支護(hù)形式以及襯砌結(jié)構(gòu)的類(lèi)型；圍巖工程地質(zhì)條件既是產(chǎn)生隧道地質(zhì)災(zāi)害的物質(zhì)基礎(chǔ)，又是研究隧

3、道地質(zhì)災(zāi)害的載體，撇開(kāi)人為因素隧道地質(zhì)災(zāi)害都可以從圍巖工程地質(zhì)條件中找到根源。黃土的物理力學(xué)性質(zhì)、壓縮性、濕陷性、擊實(shí)性、抗剪性、水理性等基本工程地質(zhì)特性決定著黃土隧道圍巖的工程性質(zhì)。本文結(jié)合黃土隧道施工實(shí)踐過(guò)程中出現(xiàn)的主要工程地質(zhì)災(zāi)害，系統(tǒng)論述黃土的土體工程特性-黃土的含義及成因、成分和結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上探討其致災(zāi)機(jī)理——物理地質(zhì)作用效應(yīng)、地震作用效應(yīng)、水作用效應(yīng)、區(qū)域地質(zhì)作用效應(yīng)、綜合作用效應(yīng)和施工效應(yīng)等，歸納出黃土隧道的主要地質(zhì)災(zāi)害

4、類(lèi)型。 塌方是黃土隧道最常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害，本文分析影響隧道塌方的主要因素(地質(zhì)因素和施工因素)，從力學(xué)方法、赤平投影方法、數(shù)值方法、概率方法等途徑分析黃土隧道塌方的機(jī)理、規(guī)律，評(píng)價(jià)塌方危害；總結(jié)了黃土隧道工程塌方的一些新特點(diǎn)：速度快、無(wú)征兆，具間歇性、方向性，塌方規(guī)模與施工密切相關(guān)，地層變化界面處和土石交界處以及地下水匯集處，容易塌方；引入安全系統(tǒng)工程理念和概率方法評(píng)價(jià)黃土隧道塌方危害，引入灰色模型預(yù)測(cè)隧道地質(zhì)災(zāi)害。以有限單元法為

5、基礎(chǔ)的數(shù)值計(jì)算仿真模擬分析黃土隧道開(kāi)挖的力學(xué)行為和變形特性的方法具有廣闊的前景。 黃土地層中的水對(duì)隧道的影響舉足輕重，圍巖中水的作用是黃土隧道設(shè)計(jì)、施工時(shí)的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容和關(guān)注對(duì)象，對(duì)一些大的隧洞工程則仍需對(duì)其在飽和黃土中成洞的條件和黃土浸水的控制技術(shù)進(jìn)行較深入的研究。黃土中的孔隙，空洞成為地下水有效存賦空間和運(yùn)移通道，構(gòu)成黃土的重要含水介質(zhì)，而隧道開(kāi)挖后低強(qiáng)度圍巖新增節(jié)理裂隙又拓展了地下水的空間通道，本文從隧道圍巖水的來(lái)源和作用

6、分析、評(píng)價(jià)圍巖含水量增高后產(chǎn)生的水危害；分析黃土圍巖的水敏感性。黃土中水的作用主要表現(xiàn)為軟化作用、潤(rùn)滑作用、溶蝕作用、增重作用、沖擊作用和崩解作用，其結(jié)果是不僅降低了圍巖強(qiáng)度，增加圍巖的不穩(wěn)定性，還使得隧道滲水增加了施工難度，黃土隧道更容易產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害，特別是塌方，工程實(shí)踐表明大雨引起圍巖的含水量增加較大時(shí)，基質(zhì)引起的吸附強(qiáng)度降低很快，很容易塌方。水對(duì)黃土圍巖的軟化是黃土隧道中水作用的最大特點(diǎn)。 黃土隧道施工最常用的方法是新奧法

7、(NATM)，盡量避免全斷面開(kāi)挖，合理有效的施工可以減少或避免地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和監(jiān)控是獲得信息的主要渠道，圍巖壓力和變形實(shí)測(cè)是黃土隧道設(shè)計(jì)、施工的重要內(nèi)容。本文針對(duì)黃土隧道的主要地質(zhì)災(zāi)害，根據(jù)其自然致災(zāi)機(jī)理和人為致災(zāi)機(jī)理，提出黃土道路隧道工程地質(zhì)災(zāi)害的主要防治措施。隧道地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)是最有效的防治措施。 從研究原狀黃土天然應(yīng)力狀態(tài)出發(fā)，結(jié)合黃土力學(xué)性質(zhì)、本構(gòu)關(guān)系、賦存條件，通過(guò)理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)、模型研究和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等方