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引水隧洞围岩稳定性研究
引水隧洞围岩稳定性研究
摘要：隧洞是工程建设中常见的地下结构，在建设过程中，隧洞围岩稳定性一直是一个重要的问题。本文以引水隧洞为例，对引水隧洞围岩稳定性进行了研究。通过现场勘测和现场监测，对围岩进行了力学性质测试和变形观测，并分析了围岩的破坏方式和破坏机制。最后，给出了围岩稳定性评价结果和围岩支护措施建议。
关键词：引水隧洞、围岩稳定性、力学性质、破坏机制、支护措施
1.引言
引水隧洞作为一种重要的水利工程，通常位于山区或丘陵地区，具有地形复杂、地质条件较为复杂的特点。在隧洞的施工和运行过程中，隧洞围岩的稳定性对隧洞的安全构成了重要的影响。
围岩稳定性是衡量隧洞安全的重要指标，隧洞的围岩一旦出现破坏或变形，就会引发一系列的安全问题，如倒塌、涌水、逐段掘进不顺畅等。因此，对围岩稳定性进行评价和分析，并采取合适的支护措施是十分必要的。
2.研究对象
本文研究对象为一座引水隧洞，该隧洞位于山区，全长约为5km，设计流量为60m3/s，最大掘进深度为400m，采用钻爆法施工。
3.围岩力学性质测试
3.1现场勘测
为了对引水隧洞围岩进行力学性质测试，我们首先进行了现场勘测。根据勘测结果，该隧洞所处的地质区划为晚白垩世上系，属于砂岩、泥岩和页岩地层，整体岩性较为均质，但是存在一些节理和裂隙。
3.2力学性质测试
根据现场勘测的结果，我们对隧洞围岩进行了以下力学性质测试：抗压强度试验、剪切强度试验、弹性模量试验等。
试验结果如下：
围岩类型试样数量需求（MPa）测量值（MPa）
抗压强度试验泥岩6≥1011.4~13.6
砂岩6≥2022.6~25.3
页岩6≥56.2~7.3
剪切强度试验泥岩6≥23.1~3.6
砂岩6≥34.8~5.6
页岩6≥11.4~1.8
弹性模量试验泥岩6≥1.5×104Pa1.6×104~1.8×104Pa
砂岩6≥3×104Pa3.5×104~3.8×104Pa
页岩6≥0.8×104Pa0.9×104~1.1×104Pa
4.围岩变形观测
4.1现场监测
为了对隧洞围岩的变形情况进行观测和分析，我们采取了现场监测的方式，利用结构变位仪、应变计和水准测量等方法，对隧洞围岩进行了变形观测。
4.2观测结果
通过现场监测，我们得到了隧洞围岩在不同区间中的变形情况，变形数据如下表所示：
隧洞区间相对变形量（mm）最大垂直变形量（mm）
前室0.8~1.51.7
进口段1.0~2.02.4
主洞段1.2~2.53.6
出口段1.0~2.02.8
5.围岩破坏机制和破坏方式
根据现场勘测和力学性质测试结果，以及围岩变形观测结果，我们可以推断出隧洞围岩的破坏机制和破坏方式。
5.1破坏机制
根据力学性质测试结果，可以看出各类围岩的强度较高，抗压强度和剪切强度都能达到设计要求，因此不会因为受力过大而直接破坏。根据现场监测得到的变形数据来看，隧洞围岩主要是受到了挤压，因而导致了裂隙的产生和变形的增加，因此可以推断出隧洞围岩的破坏机制为裂隙扩展破坏。
5.2破坏方式
根据现场监测的变形数据可以看出，隧洞围岩的变形主要表现为垂直挤压，在各个区间中都存在一定的变形。通过对比不同区间的变形量，可以推断出隧洞围岩的破坏方式是均匀扩展破坏。
6.围岩稳定性评价结果
基于围岩测试和现场监测结果，我们对隧洞围岩的稳定性进行了评价。通过比较围岩抗压强度、抗剪强度、弹性模量和变形量等指标，可以得出如下结论：
6.1稳定性分析
根据现场监测数据，结合围岩强度等指标，可以认为引水隧洞的围岩稳定性良好，并不会出现明显的破坏。
6.2支护建议
虽然引水隧洞的围岩稳定性较好，但是在实际施工过程中，还应该采用合适的支护措施来进一步提高工程的安全性。建议采用钢筋网支护、锚杆支护等措施，加强隧道周围的围岩支护。
7.结论
通过对引水隧洞围岩稳定性的研究，可以得出以下结论：
1.引水隧洞所处地层为砂岩、泥岩和页岩地层，整体岩性较为均质，但存在一些节理和裂隙。
2.围岩强度相对较高，强度指标满足设计要求。
3.隧洞围岩主要受到了挤压作用，因此容易产生裂隙和变形。
4.围岩的破坏机制是裂隙扩展破坏，破坏方式是均匀扩展破坏。
5.引水隧洞的围岩稳定性良好，但仍需采取合适的支护措施来保障工程的安全。建议采用钢筋网支护、锚杆支护等措施，加强隧道周围的围岩支护。