深切河谷初始地应力特点及其对地下工程的影响-人民长江.pdf

第４７卷 第１３期 人　民　长　江 Ｖｏｌ．４７，Ｎｏ．１３ ２０１６年 ７月　 　 Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｒｉｖｅｒ　 　 Ｊｕｎｅ， ２０１６ 　　文章编号：１００１－４１７９（２０１６）１１－００４８－０４ 深切河谷初始地应力特点及其对地下工程的影响 李　超，朱 维 申，徐　翔，张 敦 福，余 大 军 （山东大学岩土与结构工程研究中心，山东济南２５００６１） 摘要：在深切河谷地区修建地下工程，山体不同坡度时会对初始地应力有十分重要的影响。通过数值分析研 究了当山坡坡角分别为 ３０°、４５°和 ６０°时，在重力场和构造应力条件下山体中在垂直向和水平向典型剖面中 初始地应力分布的特点。得出以下结论： 山体同一高程处，地应力的分布特点是先增大后减小的驼峰式。 ① 地下洞室开挖距离坡脚越近，修建后洞室周边的塑性区越大，对于洞室围岩的稳定性越不利。 在研究 ② ③ 河谷地区的地应力分布规律和状态时，仅考虑 自重作用是不全面的，应该结合区域特性，考虑构造应力的影 响。 由于河谷形成过程中的卸荷作用及风化作用，河谷底部构造强烈，产生了大量的应力集中。 ④ 关　键　词：地应力；节理岩体本构模型；损伤演化方程；地下洞室；山坡坡度 中图法分类号：Ｐ６４２　　　文献标志码：Ａ ＤＯＩ：１０．１６２３２／ｊ．ｃｎｋｉ．１００１－４１７９．２０１６．１１．０１１ 同山坡角度时，考虑当地历史上所受的构造应力并将 １　研究背景 其影响计入得到山体内的初始应力特点，继而研究在 高边坡是一类工程地质体，是指那些具有一定高 山体中不同位置修建地下工程，其围岩稳定性有何差 度的被赋予工程和环境含义的天然斜坡或由人类活动 别。此外，使用改进的节理岩体断裂 －损伤模型进行 所形成的人工斜坡。岩石高边坡是山区工程建设中的 计算，将两者结果进行比较。 主要地质环境和工程承载体，尤其在中国西南地区，高 ２　不同山坡坡度对垂直向地应力分布的影响 边坡问题几乎成了重大工程建设的首要工程地质和岩 石力学问题，控制着工程建设的可行性和运行效益。 在大型地下工程设计阶段，一般会做一些现场地 深切河谷内、外动力地质作用在该地区的强烈交织与 应力测量，然后做地应力场反馈分析的拟合计算，并使 转化，导致这一地区特殊和复杂的地质环境条件和强 用数值模拟软件去模拟修建场地的地应力分布情况， 烈的河谷动力学过程，主要表现为高地应力环境、断裂 通过模拟结果和实际测量结果的比较来确定拟建场地 强活动性及强震的特殊动力环境、深切峡谷的强卸荷 的地应力分布情况。因为不同洞室埋深时初始地应力 改造环境、复杂岩（土）体结构环境、复杂水文地质环 分布的特点已在文献［１］中研究过，故本文就不再赘 境和特殊的河床深厚覆盖层环境等。在这些山区，深 述此类情况。 切河谷地形和山坡角度会对山体中初始地应力分布的 文献［９］分析了单边坡河谷在自重作用下，分别 特点有很大的影响。但此问题还很少有人系统地研究 在３０°，４５°，６０°坡度时的地应力分布特点。文献［１０ 过。目前，对这些地下工程，常规的做法是取其上部岩 －１１］分析计算了单边坡和双边坡在自重作用下和有 体的直接埋深 γｈ作为垂直向初始地应力的计算依