下穿滑坡公路隧道施工预案研究
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摘要
我国是一个多山的国家，滑坡灾害也相应很多。尤其随着近年来土地的高度化利用，在修建高速公路时，要完全回避滑坡地段是不可能的。有时因客观因素限制，隧道将不可避免的下穿甚至纵穿滑坡。但是，目前对于滑坡地段修建隧道的相关研究工作开展的还较少，缺乏可借鉴的设计施工经验。因此，本文以西部建设重点工程“西昌(黄联关)至攀枝花”高速公路中的酸水湾滑坡隧道和山神庙滑坡隧道为研究背景，对下穿滑坡的公路隧道施工预案开展相关研究。
本文采用有限元数值模拟程序ANSYS，通过对正穿滑坡的酸水湾隧道和纵穿滑坡的山神庙隧道施工的模拟分析，得出了在隧道施工进程中，隧道支护结构受力变化规律、隧道上方滑坡体水平位移以及滑坡体应力变化规律、隧道洞周位移变化规律，并考察了“滑坡—隧道”二者之间的相互影响规律，分析了隧道的合理修建方法。
本文还运用有限元强度折减系数法来计算滑坡的稳定安全系数。通过有限元强度折减，使滑坡达到破坏状态时，滑动面上的位移将产生突变，产生很大的且无限制的塑性流动，有限元程序无法从有限元方程组中找到一个既能满足静力平衡又能满足应力—应变关系和强度准则的解，此时不管是从力的收敛标准，还是从位移的收敛标准来判断有限元计算都不收敛，因此采用力和位移的收敛标准作为滑坡破坏的判据是合理的，此时的折减系数就是稳定安全系数。
China is a mountainous country. Corresponding to this, the disasters of landslide happen continually. Especially, with land being highly utilized this years, it's impossible to avoid landslide field totally when constructing freeways. Sometimes, because of certain reasons, the tunnel will go through or even go across the landslide. However in nowerdays, there is a lack of correlative researches on constructing tunnel across the landslide. And the experience of construction which can be used for reference is also limited. So, this thesis is about to be combined with the Suan Shui Wan road tunnel and Shan Shen Miao road tunnel, and will make a study on the construction program of road tunnel going through landslide.
By using the FEM procedure of ANSYS, construction simulation of Suan Shui Wan road tunnel and Landslide simulation is conducted. Then this thesis draws the conclusion in process of tunnel construction on the following factors: the variational rule of primarily lining、the characteristic rule of horizontal displacement and stress of landslide、changing regulation of rim displacement.And this thesis analyzes the mutual variational rule between the landslide and tunnel, and also analyzes the reasonable construction method.
This thesis also calculate the landslide safety factor by using the shear strength reduction method(SRM) with FEM. With the c-tanj reduction, the FEM model of landslide reaches instability, and the value of the nodal displacement just after slope failure has a big jump compared with that before failure. This actually means that no stress distribution can be achieved to satisfy both the yield criterion and global equilibrium. Slope failure and numerical non-convergence take place at the same time. So non-convergence in finite element program can be taken as a suitable evaluation criterion of slope failure. The safety factor is then obtained by c-tanj reduction algorithm.
本文采用有限元数值模拟程序ANSYS，通过对正穿滑坡的酸水湾隧道和纵穿滑坡的山神庙隧道施工的模拟分析，得出了在隧道施工进程中，隧道支护结构受力变化规律、隧道上方滑坡体水平位移以及滑坡体应力变化规律、隧道洞周位移变化规律，并考察了“滑坡—隧道”二者之间的相互影响规律，分析了隧道的合理修建方法。
本文还运用有限元强度折减系数法来计算滑坡的稳定安全系数。通过有限元强度折减，使滑坡达到破坏状态时，滑动面上的位移将产生突变，产生很大的且无限制的塑性流动，有限元程序无法从有限元方程组中找到一个既能满足静力平衡又能满足应力—应变关系和强度准则的解，此时不管是从力的收敛标准，还是从位移的收敛标准来判断有限元计算都不收敛，因此采用力和位移的收敛标准作为滑坡破坏的判据是合理的，此时的折减系数就是稳定安全系数。
China is a mountainous country. Corresponding to this, the disasters of landslide happen continually. Especially, with land being highly utilized this years, it's impossible to avoid landslide field totally when constructing freeways. Sometimes, because of certain reasons, the tunnel will go through or even go across the landslide. However in nowerdays, there is a lack of correlative researches on constructing tunnel across the landslide. And the experience of construction which can be used for reference is also limited. So, this thesis is about to be combined with the Suan Shui Wan road tunnel and Shan Shen Miao road tunnel, and will make a study on the construction program of road tunnel going through landslide.
By using the FEM procedure of ANSYS, construction simulation of Suan Shui Wan road tunnel and Landslide simulation is conducted. Then this thesis draws the conclusion in process of tunnel construction on the following factors: the variational rule of primarily lining、the characteristic rule of horizontal displacement and stress of landslide、changing regulation of rim displacement.And this thesis analyzes the mutual variational rule between the landslide and tunnel, and also analyzes the reasonable construction method.
This thesis also calculate the landslide safety factor by using the shear strength reduction method(SRM) with FEM. With the c-tanj reduction, the FEM model of landslide reaches instability, and the value of the nodal displacement just after slope failure has a big jump compared with that before failure. This actually means that no stress distribution can be achieved to satisfy both the yield criterion and global equilibrium. Slope failure and numerical non-convergence take place at the same time. So non-convergence in finite element program can be taken as a suitable evaluation criterion of slope failure. The safety factor is then obtained by c-tanj reduction algorithm.
引文
[1] 陈祖煜等．岩质边坡稳定分析—原理·方法·程序
[2] 张建永．滑坡研究现状综述[J]．中国岩溶．1999，Vol．18，No．3：280～286
[3] 孙广忠，姚宝魁．中国典型滑坡[M]．北京：科学出版社：1998
[4] 张咸恭等．中国工程地质学[M]．北京：科学出版社．2000
[5] 钟立勋．中国重大地质灾害实例分析[J]．中国地质灾害与防治学报，1999，10(3)：1～10
[6] 成永刚．近二十年来国内滑坡研究的现状及动态[J]．地质灾害与环境保护．2003，Vol．14，No．4：1～5
[7] 李隽蓬，谢强．土木工程地质[M]．成都：西南交通大学出版社，2001．107～113
[8] 铁道部宝中铁路建设办公室编．宝中铁路．中国铁道出版社，2000：122～132
[9] 郭松．襄渝铁路柴家坡隧道变形与滑坡．路基工程．2000，91(4)：5～8
[10] 李德武．隧道．中国铁道出版社，2004：14～30
[11] [日]山田刚二，渡正亮，小桥澄治．滑坡和斜坡崩塌及其防治．北京：科学出版社，1980
[12] 渡正亮，酒井淳行，地地概查调查考方，土木工程资料．
[13] 张鲁新，周德培．蠕动滑坡成因及隧道变形机理的分析．岩石力学与工程学报．1999，18(2)：217～221
[14] 周德培，毛坚强，张鲁新等．隧道变形与坡体灾害相互关系及其预测模式．铁道学报．2002，24(1)：81～86
[15] 毛坚强，周德培．滑坡-隧道相互作用受力变形规律的研究[J]．西南交通大学学报，2002，37(4)：371～376
[16] 马惠民等．坡体病害地段隧道变形机理及其防治技术[J]．滑坡文集，2003，75～85
[17] 郑静，马惠民．山区铁路隧道变形与坡体病害的防治措施[J]．滑坡文集，2003，21～29
[18] 王安福，马惠民．襄渝线柴家坡隧道变形机理的数值模拟分析[J]．滑坡文集，2003，150～155
[19] 陶志平，周德培．滑坡地段隧道变形机理的模型试验[J]．工程地质学报，2003，11(3)：323～327
[20] 陶志平，周德培．用抗滑桩整治滑坡变形的模型试验[J]．岩石力学与工程学报，2004，23(3)：457～460
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[22] 王安福，马丽．地下采空区引起山体滑坡的机理与防治对策[J]．中国地质灾害与防治学报．1998．9(增刊)
[23] 张美琴．浅谈川藏公路龙胆溪隧道的方案比选[J]．隧道建设．2000年增刊
[24] 巨小强．西安南京线芦山隧道地质选线[J]．铁道工程学报，2003，78(6)：20～22
[25] 向彤．八尺门滑坡稳定性评价及治理[J]．公路交通技术，2004，第三期：15～18
[26] 徐邦栋．滑坡分析与防治[M]．北京：中国铁道出版社．2001
[27] 陶志平．滑坡地段隧道变形机理及灾害预测和治理研究[D]．西南交通大学博士研究生学位论文．2004
[28] Under the Sponsorship of the Sichuan Bureau of Geology and Mineral Resources. Geologic Tripping Guidebook to the Geology and Geomorphology of the Yangtze Gorges and Rockfalls and Landslides [M]. Chengdu: Chengdu University of Science and Technology Press, 1992. 14～29
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[31] 马骥等．国外滑坡防治与研究现状述评[A]．滑坡文集(第三集)．北京：中国铁道出版社．
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[42] Sass K. The mechanism starting liquefied landslides and debris flows. Proc 4th Int Symp On landslides. 1984. 349～354
[43] 王家鼎．高速黄土滑坡的一种机理—饱和黄土蠕动液化[J]．地质论评．1992，38(6)：532～539
[44] Anderson SA, Sitar N. Analysis of rainfall-induced debris flows. J Geotch Eng, 1995, 121 (7): 544～552
[45] Dai Fuchu, CF Lee, Wang Sijing. Analysis of rainfall-induced soil slide-debris flow on natural terrain of Lantau Island, Hong Kong. Engineering Geology, 1999, 51: 179～190
[49] 晏同珍，杨顺安．崩塌滑坡灾害群发性初探[J]．灾害学，1987，2(3)：23～24
[50] 刘传正，张明霞．宝鸡市狄家坡滑坡稳定性研究[J]．工程地质学报．1998，6(2)：103～113
[51] 秦正刚，彭锋．小德江2~#隧道洞口山体滑坡成因及综合治理[J]．西部探矿工程．2000，64(3)：157
[52] 中华人民共和国行业标准，GB50021-2001岩土工程勘察规范[S]．中华人民共和国发布，中国建筑工业出版社发行，2002．
[53] 中华人民共和国行业标准，JTJ026-2004公路隧道设计规范[M]．中华人民共和国发布，人民交通出版社发行，2004．
[54] 中华人民共和国行业标准，TBJ03-85铁路隧道设计规范[M]．中华人民共和国铁道部部标准，中国铁道出版社发行，1986．
[55] 郑颖人，赵尚毅．用有限元法求边坡稳定安全系数[J]．公路交通技术，2002，1：7～9
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[57] 赵尚毅，郑颖人．用有限元强度折减法进行节理岩质边坡稳定性分析[J]．岩石力学与工程学报，2003，2：254～260
[58] 赵尚毅，郑颖人，时卫民，王敬林．用有限元强度折减法求边坡稳定安全系数[J]．岩土工程学报，2002，3：343～346
[59] 郑颖人，赵尚毅，宋雅坤．有限元强度折减法研究进展[J]．后勤工程学院学报，2005，3：1～6
[60] 郑颖人，赵尚毅．有限元强度折减法在土坡与岩坡中的应用[J]．岩石力学与工程学报，2004，19：3381～3388
[61] 张鲁渝，郑颖人，赵尚毅，时卫民．有限元强度折减系数法计算土坡稳定安全系数的精度研究[J]．水利学报，2003，1：21～27
[62] 苏江川．下穿巨型滑坡的公路隧道结构安全性研究[D]．西南交通大学硕士研究生学位论文．2005
[63] 廖炜．下穿滑坡修建公路隧道支护结构力学行为研究[D]．西南交通大学硕士研究生学位论文．2006
[64] 黄珂．下穿巨型滑坡修建公路隧道施工技术试验研究[D]．西南交通大学硕士研究生学位论文．2006
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[64] 黄珂．下穿巨型滑坡修建公路隧道施工技术试验研究[D]．西南交通大学硕士研究生学位论文．2006
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