不同节理位置及倾角对隧道围岩稳定性的影响分析
隧道工程的围岩稳定性分析
隧道工程的围岩稳定性分析隧道工程是一项复杂而重要的工程项目，其中围岩的稳定性对于隧道的安全运行至关重要。
本文将对隧道工程中的围岩稳定性进行分析，并提出相关解决方案。
一、围岩稳定性的重要性围岩是指构成隧道周围墙壁的地质层，其稳定性是保证隧道工程安全运行的关键。
围岩的稳定性受到多种因素的影响，包括岩层的物理和力学性质、水文地质条件、地应力状态等。
二、围岩稳定性分析方法为了评估围岩的稳定性，我们可以采用以下几种分析方法：1. 岩体力学参数测试：通过现场采样和实验室测试，获取围岩的力学参数，如强度、刚度等。
这些参数的准确性对于稳定性分析非常重要。
2. 采用数值模拟方法：利用有限元或离散元等数值模拟方法，对围岩进行力学分析，预测其变形和破坏情况。
这种方法可以考虑多种力学因素，并得到相对准确的结果。
3. 实地观察和监测：利用现场观察和监测手段，对隧道的变形、裂缝、水渗等现象进行观察和记录。
这些观测数据可以为围岩稳定性评估提供重要依据。
三、围岩稳定性分析的影响因素围岩稳定性受到多种因素的影响，下面列举一些常见的影响因素：1. 地质情况：包括岩性、岩层结构、断裂和节理等。
不同的地质条件会对围岩的稳定性产生不同的影响。
2. 水文地质条件：地下水位、地下水流等因素对围岩的饱水状态和应力分布有着重要的影响。
3. 地下应力状态：地应力是指地层中存在的自重应力和外界荷载所引起的应力。
合理的地应力分析对于围岩稳定性评估至关重要。
4. 施工过程：隧道的施工过程中，如钻孔、爆破、掘进等操作会对围岩稳定性产生一定的影响，需要合理考虑。
四、围岩稳定性分析解决方案在进行围岩稳定性分析时，我们可以采用以下一些解决方案：1. 合理设计支护结构：通过合理的支护结构设计，可以有效地改善围岩的稳定性。
常用的支护方法包括锚杆支护、喷射混凝土衬砌等。
2. 注浆加固：在围岩中注入硬化材料，增加其强度和刚度，提高稳定性。
注浆加固是常用的围岩稳定措施之一。
节理岩体隧道的稳定性分析及破坏机理
节理岩体隧道的稳定性分析及破坏机理彭双喜【摘要】In the past,only displacement,stress,size and distribution of plastic zone can be ob-tained when analyzing the stability of jointed rock tunnel.Neither can be found the location and range of the failure surface clearly,nor can obtain quantitative criteria of safety factor.Quantitative analysis for sta-bility of jointed rock tunnel is deduced in this paper by model test and numerical analysis.Failure state and safety factor of jointed rock tunnel are calculated by using FEM strength reduction.The results show that joint obliquityhas a greater impact on the location of failure surface.Ifα=0°,failure surface distrib-utes symmetrically on bothsides;ifα=30°and 45°,failure surface rotates with the change of joint obliq-uity correspondingly and distributes in the up-down parts ofjoint;ifα≥60°,failure surface transfers to the vault and the foots of the side wall mainly because of the gravity;in particular,ifα=90°,a failure surface can be formed in the middle of vault.The safety factor results show that safety factors reduce in different degrees in jointed rock tunnel compared with homogenous tunnel but joint obliquity has little impact on safety factor.With the reducing of joint spacing and strength,the safety factor decreases.%以往只有位移，应力，尺寸和塑性区分布在分析节理岩体隧道的稳定性时考虑。
岩体节理对隧道开挖稳定性的影响分析
参考文献
图 4 不同埋深下的隧道安全系数
大后减小。隧道 处 于 超 浅 埋 时，其 安 全 系 数 较 小，在 不 加 支 护的情况下难以自稳，这是因为埋深太浅，开挖后不能形成塌
130
四川建筑 第 39 卷 2 期 2019. 4
· 岩土工程与地下工程 ·
（ a） 完整岩体计算模型
（ b） 节理岩体计算模型 图 3 计算模型示意
表 1 岩块及节理力学参数
项目
重度 / （ kN·m－3 ）
弹性模量 / GPa
泊松比
粘聚力 / kPa
内摩擦角 /°
岩块参数 23．0
4．0
法向刚度 / 切向刚度 / （ GPa·m－1 ） （ GPa·m－1 ）
· 岩土工程与地下工程 ·
岩体节理对隧道开挖稳定性的影响分析
张文胜
（ 西南交通大学，四川成都 610031）
【摘 要】 文章结合南垭路三号隧道，利用强度折减法原理，分别使用 FLAC3D 及 3DEC 软件进行数值 模拟计算，定量地分析了贯通节理对隧道稳定性的影响。通过计算，得出了软弱围岩中的隧道埋深与其稳定 性之间的关系，稳定性随埋深的增大而先增加后减小； 并通过对比发现，节理对岩体的削弱作用明显，在节理 岩体中修建隧道时，隧道支护应适当做保守设计。
5 结论
本文结合南垭路三号隧道的实际情况，利用强度折减法 定量化分析了节理对围岩稳定性的影响，得出了以下结论：
（ 1） 围岩稳定性随着埋深的增大而先快速增加到极值点 后慢慢减小。超浅埋及超深埋的毛洞自稳能力均较差，这与 隧道围岩能否形成具有自承能力的塌落拱密切相关，修建隧 道时，应当将隧道埋深控制在合理埋深区间内。
不同裂隙倾角对围岩稳定性的影响规律
张 长 飞 ， ： 不 同 裂 隙倾 角对 围 岩稳 定性 的影 响 规律 等
２ ７
［］ 一 ＿ ＿
（ ａ）裂隙倾角３ 。 ０
（ ｈ）裂隙倾角６ 。 ０
（ ｃ）裂隙倾角９ 。 ０
图 １ 模 型 示 意
性 的影 响 。如 图 １ 所示 ， 模型材 料 以砂 为主要成 分 ，
用石 膏 、 晶石粉 、 油 等作 为胶 结料 。在 实 际 中， 重 甘 每铺完 一层岩 层 ， 人 为 的产 生一 定 产状 的节理 裂 就 隙 ， 上 云母 粉 （ 并撒 用来 割层 ） 。
２ 实验模 型设 计
定性逐 渐 降低 ， 当倾 角增 大到 一定程 度 时， 围岩 的稳 定性 又有所好 转。
关键词 ： 隙 ； 裂 围岩稳 定性 ； 相似 实验 ； 位移
ｌ 地 质概 况
潞 安矿 区现阶段 的 主采煤 层 为 ３ 煤 ， 煤层 位 该 于下二 叠统 山西组 。该 组岩层 为一套 含煤 的陆相地 层， 岩性 为砂 岩 、 岩 、 质 泥岩 互 层 ， 厚 度 约 ７ 泥 砂 其 ０ ｍ， 深为 ４ ５～ １ 埋 ４ ５ ５ｍ。在大 多数情况 下 ， 岩体 中的 裂 隙按走 向都 构成 一定 的裂 隙组 ， 有一 定 的 分 布 具
规律 ， 中潞 安矿 区 ７ １ 其 ５ ６放水 巷顶板 和两帮 的裂 隙
进 行相 似 材 料模 拟试 验 ， 须 满 足 相 似 原 理 。 必 相似 材料模 拟方法 的实质 就 是根 据 相似 原 理 ， 研 将
究 区范 围内的煤 系岩层按一 定 比例 用相似材 料制成
模型， 在满 足相似 的边界条 件和初 始条件下 ， 对模 型 进行 巷道 “ 开挖”， 在相应 的 时期 内造 成相 似 的矿 山 压 力现象 ， 通过量 测和分 析其规 律 ， 由模 型的变形破 坏情 况来 推断实 际巷道在 开采时 所发生 的变形破 坏 情况， 以期 为巷 道稳 定性 和 支护 提 出依 据 及改 进 途
不同倾角断层对隧洞围岩稳定性影响
1
FLAC3D 接触面单元
本文采用 FLAC3D 进行数值模拟计算时， 将断层
收稿日期： 2012-06-28 ； 修回日期： 2012-09-10 作者简介： 耿萍（ 1964 — ） ， 女， 四川成都人， 副教授， 博士。
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铁
道
建
筑
December， 2012
等于最大切向力时（ | F s | = F smax ） ， 接触面进入塑性阶 段。在滑动过程中， 剪切力保持不变（ | F s | = F smax ） ， 但 剪切位移会导致有效法向应力的增加 | F s | o － F smax tanψk n σn = σn + Ak s
（ 3）
| Fs | o 为 修 正 前 的 剪 力 式中，ψ 为 接 触 面 的 膨 胀 角， 大小。 在模拟计算中， 通过设定黏结力、 膨胀角、 摩擦角、 法向刚度、 切向刚度和抗拉刚度等参数来控制接触面 特性。
图1 平行与正交断层模型示意
2
2. 1
工程景及模型的建立
工程背景
大， 因此有探讨其对隧洞影响规律的必要 。 3. 1. 1 开挖过程中沿隧洞纵向洞顶处围岩竖向位移 由于位移值是判断隧洞安全性重要的现场力学指 所以本文重点采用位移值来分析隧洞围岩稳定性。 标， 取隧洞开挖至 84 m 处时围岩位移进行分析， 以考 察断层倾角对隧洞开挖引起的围岩扰动范围的影响 。 经计算得不同倾角断层下沿隧洞纵向洞顶竖向位移 ， 如图 2 所示。
2012 年第 12 期
铁 道 建 筑 Railway Engineering
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文章编号： 1003-1995 ( 2012 ) 12-0043-04
不同倾角断层对隧洞围岩稳定性影响
断层倾角对隧道围岩稳定性影响研究
断层倾角对隧道围岩稳定性影响研究
隧道建设在现代交通和基础设施建设中发挥着重要作用，但隧道工程面临的一个主要挑战是如何确保围岩的稳定性。
断层是岩体中岩层之间的裂缝或滑动面，是围岩稳定性研究中的关键因素之一。
本文将重点研究断层倾角对隧道围岩稳定性的影响。
断层的倾角对围岩稳定性起到重要作用。
倾角较大的断层会导致岩体受到更大的应力变形，从而增加了岩体的变形和破坏的可能性。
而倾角较小的断层则会减小岩体的应力变形，并提高围岩的稳定性。
在隧道围岩设计中，必须充分考虑断层的倾角对围岩稳定性的影响。
断层倾角对隧道围岩的刚度和抗剪强度也有很大影响。
断层倾角较大时，断层面上的剪切应力较大，导致岩体的抗剪强度减小。
而倾角较小的断层则会提高岩体的抗剪强度。
断层倾角也对隧道围岩的承载力和稳定性产生重要影响。
断层倾角对围岩的分层情况和地下水涌出的影响也不可忽视。
断层倾角较大时，断层面上的裂缝更容易形成并传导地下水。
这将导致围岩的湿度增加，增加岩体的饱和度，降低了岩体的强度和稳定性。
而倾角较小的断层则对地下水的传导具有一定的阻碍作用，有利于围岩的稳定。
隧道围岩的支护方法也需要根据断层的倾角进行合理选择。
倾角较大的断层往往需要采取更加牢固的支护措施，如加固钢支撑和喷射混凝土等。
而倾角较小的断层则可以采用较为简单的支护方式，如锚杆和锚索等。
断层倾角是影响隧道围岩稳定性的重要因素之一。
隧道工程中必须充分考虑断层倾角对围岩稳定性的影响，并采取合适的措施来确保隧道的安全和稳定。
隧洞围岩稳定性分析
总752期第十八期2021年6月河南科技Journal of Henan Science and Technology隧洞围岩稳定性分析任婧婧郑恒祥（华北水利水电大学，河南郑州450045）摘要：隧洞作为水利工程中重要的水工建筑物，其围岩稳定性在整个工程中至关重要。
因此，总结地下洞室围岩稳定性研究分析方法，分析不同支护类型对围岩稳定性的影响，并对不同支护时机选择方法做出评判，从而为以后隧洞的开挖施工和支护提供参考。
关键词：围岩稳定性；分析方法；强度折减法中图分类号：U451.2文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）18-0082-03Stability Analysis of Tunnel Surrounding RockREN Jingjing ZHENG Hengxiang（North China University of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou Henan450045）Abstract:As an important hydraulic structure in hydraulic engineering,the stability of surrounding rock of tunnel is a crucial issue in the whole project.This paper summarizes the research and analysis methods of the stability of sur⁃rounding rock of underground tunnel,and evaluates different supporting timing selection methods.It provides a refer⁃ence for the excavation and support of tunnel in the future.Keywords:surrounding rock stability；analysis method；strength reduction在地下洞室的稳定性研究中，围岩是否稳定和支护结构是否安全通常是研究的重中之重。
隧道围岩的稳定性分析与评价
隧道围岩的稳定性分析与评价隧道是现代交通建设中不可或缺的一部分，而隧道的稳定性对于交通运输的安全性和效率起着至关重要的作用。
因此，对隧道围岩的稳定性进行分析与评价显得至关重要。
本文将从不同的角度对隧道围岩的稳定性进行探讨。
首先，我们需要了解隧道围岩的特点。
隧道围岩是指隧道开挖时所遇到的周围岩石或土层，其特点主要包括力学性质和岩层结构。
力学性质包括岩石的强度、变形特性和破坏模式，而岩层结构则主要涉及岩层的纵向和横向切割裂缝、节理等。
了解这些特点可以为后续的稳定性分析提供基础。
其次，隧道围岩的稳定性分析可采用多种方法。
其中一种常用的方法是数值模拟，通过使用计算机程序模拟隧道开挖过程中的围岩响应，进而评估其稳定性。
这种方法可以考虑多种因素，如地下水位、地应力分布、围岩强度等，从而较为准确地预测隧道的稳定性。
另外，实验模型也是评价隧道围岩稳定性的重要手段。
通过在实验室中制作隧道围岩模型，并施加不同的荷载，可以观察和测量模型的变形和破坏情况，从而获得对真实工程的参考和指导。
接下来，我们需要关注隧道围岩稳定性评价的指标。
常用的评价指标包括围岩的变形和破坏程度、岩体的开挖后裂隙扩展情况以及周围环境对隧道围岩稳定性的影响等。
这些指标可以通过观测和记录岩体的位移、应力、应变、岩石裂隙的发育情况以及地下水位的变化等来评价。
此外，也可以通过进行各种力学实验获得更准确的参数值，从而提高评价的可靠性和准确性。
最后，我们需要考虑隧道围岩的稳定性评价的应用。
首先，对于已经建成的隧道，在设备和材料条件允许的情况下，可以通过监测围岩的稳定性指标，及时发现问题并采取措施进行修复和加固，以确保隧道的安全使用。
其次，对于正在建设中的隧道，稳定性评价可以帮助设计者选择合适的支护措施和参数，并为施工过程中的安全措施提供依据。
最后，对于规划中的隧道项目，稳定性评价可以帮助决策者选择合适的线路，避免潜在的围岩稳定性问题。
综上所述，隧道围岩的稳定性分析与评价对于交通运输的安全和效率至关重要。
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不同节理位置及倾角对隧道围岩稳定性的影响分析
作者：***
来源：《西部交通科技》2020年第06期
摘要：文章以黄土含节理地区隧道开挖为例，采用有限元软件Midas建立模型，并考虑不同节理位置和节理倾角两种工况，对隧道围岩变形以及应力变化规律进行了分析。
结果表明：（1）考虑不同节理位置时，对于水平位移，节理的存在会略减小靠近节理一侧拱腰的最大水平位移;对于竖向位移，节理的存在使得最大竖向位移向节理处靠近。
节理在拱腰、拱肩和拱顶时，其最大竖向位移比无节理时分别大8.8%、10.3%和0.3%，节理在拱肩处应力比拱腰和拱顶时围岩应力分别大3.2%和4.0%。
（2）节理倾角为30°、45°、60°和90°时的最大竖向位移值比无节理时分别大23.0%、14.8%、9.3%和7.4%，随着节理倾角的增大，最大竖向位移值逐渐减小;节理倾角为45°、60°和90°时的最大应力比节理倾角为30°时分别小0.4%、1.1%和2.0%，随着节理倾角的增大，最大围岩应力逐渐减小，但整体变化趋势不大。
关键词：隧道工程;黄土;节理;位移;倾角;应力
0 引言
节理是影响岩土稳定性的重要因素之一，不同节理位置和节理倾角对于隧道工程都有较大的影响，尤其在我国西南地区，遍布的黄土中又常常伴有节理出现，因此，研究黄土中节理的存在对隧道稳定性的影响至关重要。
近年来，国内一些学者对此进行了相关研究：朱劲、张志强等人[1-2]以沙坝湾隧道靠近洞口偏压段为研究对象，采用数值模拟的方法研究了红层地区不同节理倾角下隧道围岩力学响应、变形特性;赵作富、王贵君等人[3-4]通过分析隧道不同走向条件下岩层节理倾角对顶平衡拱内层状围岩应力状态的影响，研究节理倾角对隧道拱顶围岩稳定性的影响，结果显示岩层倾斜、隧道走向与岩层走向相同时拱顶围岩的稳定性随节理倾角增大而减小，隧道走向与岩层走向垂直时拱顶围岩的稳定性随节理倾角增大而增大;马天辉、贾超等人[5-6]在二轴围压条件下，数值模拟了节理岩体中隧洞围岩损伤破坏过程，研究了节理岩体中隧洞围岩体的破坏机理，分析了岩体中节理倾角对隧洞围岩稳定性的影响规律等。
本文主要以某处黄土含节理地区隧道开挖为例，通过采用有限元软件Midas建立模型，并考虑不同节理位置和节理倾角两种工况，对隧道围岩变形以及应力变化规律进行了分析，以期研究结果可为类似工程提供参考和借鉴。
1 工程概况
我国西南地区广泛分布着黄土，黄土是具有第四纪中风力搬运的黄色粉土沉积物，常伴有节理发育等特性。
由于节理的存在，不仅会影响黄土本身的稳定性，而且会造成软土中形成不同方向的软弱结构面，若在存在节理的黄土中施工，很容易造成安全事故。
某铁路隧道穿越黄土地区山岭，经过地质勘探发现该建设地区节理较发育，岩土体比较破碎。
隧道最大洞径为10.6m，高度为9.5m，上覆土体埋深约为37.8～47.6m。
为了保证隧道建设的安全性，本文采用数值模拟手段，分析了节理的存在对隧道稳定性的影响。
2 数值建模
2.1 模型建立
如图1所示，为采用有限元软件Midas建立的开挖前后数值模型图，其中图1（a）和图1（b）分别为开挖前和开挖支护后的模型图。
为了减小模型尺寸带来的影響，建模时模型上表面即为山岭顶部，隧道中心埋深取48m，模型长宽高分别为50m、10m和80m。
网格共计15756个，均采用实体单元，均采用摩尔库伦本构模型。
由于本文主要研究节理的影响，故初支和二次支护一次进行，衬砌厚度为0.35m。
节理采用无厚度的接触单元模拟，节理具体形态与位置在下节进行详细描述。
表1给出了土体、节理以及衬砌的相关物理力学计算参数。
2.2 不同计算工况建立
如图2所示，本文仅考虑一条节理的情况，并分别探讨不同节理位置以及不同节理倾角两种工况的影响。
如图2（a）所示，考虑三种不同垂直节理位置的影响，分别为拱腰处（A 处）、拱肩处（B处）和拱顶处（C处）;如图2（b）所示，考虑4种不同节理倾角的影响，节理均通过左侧拱腰处，节理倾角分别为30°（D1处）、45°（C1处）、60°（B1处）和90°（A1处）。
3 数值结果分析
3.1 不同节理位置的分析
位移是反映隧道稳定性以及安全性的重要因素之一。
如下页图3所示，分别给出了无节理和有节理在拱腰、拱肩和拱顶时的隧道开挖稳定后水平位移以及竖向位移云图。
由图3（a）可知，当无节理时，隧道位移表现为沿隧道竖直中线两侧对称分布，其中拱顶最大竖向位移为83.8mm;当节理在拱腰处时，隧道两侧拱腰处水平位移最大，且位移方向为远离隧道方向，同时隧道拱顶位移最大，且拱顶表现为沉降，拱底表现为隆起。
观察图3（b）云图可以发现，对于水平位移云图，节理的存在会略减小靠近节理一侧拱腰的最大水平位移;对于竖向位移云图，节理的存在使得最大竖向位移向节理处靠近。
图3（c）、图3（d）分别为节理在拱肩和拱顶时的位移云图，其位移变化规律与图3（b）均一致，即节理的存在会略减小靠近节理一侧拱腰的最大水平位移以及使得最大竖向位移向节理处靠近。
为了对无节理和有节理在不同位置处的变形值进行对比分析，下页图4提取出无节理工况下以及有节理在拱腰、拱肩和拱顶时的最大竖向位移值。
由图4可知，无节理时产生的竖向位移最小，其次是节理在拱顶时，最大的为节理在拱肩处。
节理在拱腰、拱肩和拱顶时，其最大竖向位移比无节理时分别大8.8%、10.3%和0.3%。
隧道开挖会导致围岩卸荷并释放压力，围岩应力是反映围岩稳定性的另一重要因素。
如下页图5所示，分别为节理在拱腰、拱肩和拱顶时的围岩拱腰处最大应力。
由图5可知，节理在拱肩处应力比拱腰和拱顶时围岩应力分别大3.2%和4.0%。
3.2 不同节理倾角的分析
如图6所示，分别给出了节理倾角分别为30°、45°、60°和90°时的隧道开挖稳定后水平位移以及竖向位移云图。
由图6（a）可知，当节理倾角为30°时，节理以上部分水平位移方向均为负，这与无节理时水平位移云图不同;而对于竖向位移云图，当节理倾角为30°时，导致位移在节理面发生突变，节理面处位移明显增大。
图6（b）～图6（d）分别为节理倾角为45°、60°和90°时的位移云图，其位移变化规律与图6（a）较一致，且随着节理倾角的增大，最大竖向位移存在减小的趋势。
为了对不同节理倾角的隧道变形值进行对比分析，图7提取出节理倾角分别为30°、45°、60°和90°时的最大竖向位移值。
由上节可知，无节理时最大竖向位移为83.9mm，则节理倾角为30°、45°、60°和90°时的最大竖向位移值比无节理时分别大23.0%、14.8%、9.3%和7.4%，随着节理倾角的增大，最大竖向位移值逐渐减小。
如图8所示，为节理倾角分别为30°、45°、60°和90°时的最大应力变化图。
由图8可知，节理倾角为45°、60°和90°时的最大应力比节理倾角为30°时分别小0.4%、1.1%和2.0%。
随着节理倾角的增大，最大围岩应力逐渐减小，但整体变化趋势不大。
4 结语
本文以某黄土含节理地区隧道开挖为例，通过采用有限元软件Midas建立模型，并考虑不同节理位置和节理倾角两种工况，对隧道围岩变形以及应力变化规律进行了分析，结论如下：
（1）考虑不同节理位置时，对于水平位移，节理的存在会略减小靠近节理一侧拱腰的最大水平位移;对于竖向位移，节理的存在使得最大竖向位移向节理处靠近。
无节理时位移最小，其次是节理在拱顶时，最大的为节理在拱肩处。
节理在拱腰、拱肩和拱顶时，其最大竖向位移比无节理时分别大8.8%、10.3%和0.3%;节理在拱肩处应力比拱腰和拱顶时围岩应力分别大3.2%和4.0%。
（2）考虑不同节理倾角，当节理倾角为30°时，位移在节理面发生突变，节理面处位移明显增大。
节理倾角为30°、45°、60°和90°时的最大竖向位移值比無节理时分别大23.0%、14.8%、9.3%和7.4%，随着节理倾角的增大，最大竖向位移值逐渐减小;节理倾角为45°、60°和90°时的最大应力比节理倾角为30°时分别小0.4%、1.1%和2.0%，随着节理倾角的增大，最大围岩应力逐渐减小，但整体变化趋势不大。
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