斷層傾角對隧道圍巖穩定性影響研究

吳延輝

摘? 要：隨著隧道等地下空間結構深度的增加，斷層傾角與隧道關系較為復雜，采用FLAC3D軟件，研究不同傾角斷層對隧道圍巖穩定性的影響。結果表明，當斷層傾角較小時，產生的位移量較大;當斷層傾角較大時，對隧洞幫部圍巖影響較大，當斷層傾角？茲=45°時隧道圍巖較為穩定。

關鍵詞：斷層傾角;穩定性;塑性區

中圖分類號：TD311? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）14-0054-02

Abstract： With the increase of tunnel and other underground space structure depth， the relationship between fault inclination and tunnel is more complex. FLAC3D software is used to study the influence of fault with different inclusions on the stability of tunnel surrounding rock. The results show that when the fault dip angle is small， the vertical stress is small; when the fault inclination angle is large， the influence on the surrounding rock of the tunnel waist is great; and when the fault inclination angle is 45°， the surrounding rock of the tunnel is relatively stable.

Keywords： fault dip angle; stability; lasticzone

引言

斷層傾角是一個表征斷層空間擴展的參數，范圍從0（水平方向）到90（垂直方向）。這將對巖體的初始應力分布特征產生主導影響。它也是造成洞室周圍巖體失穩中最嚴重的一個因素[1]。斷層的位置靠近隧道時影響較大，而且這種影響規律與傾角成正比[2-3]，采用三維有限差分數值模擬軟件FLAC3D，建立不同斷層傾角下盤工作面向斷層推進的數值模型，對其進行研究，忽略了對深埋隧道時的影響分析[4]。

1 斷層傾角對隧道圍巖穩定性影響分析

建立一種斷層模型，該模型中斷層傾角由15°逐漸增加至75°，相鄰模型差值為15°，共5個模型，且同種模型其他屬性均相同，區別在于斷層傾角的不同。（篇幅有限僅展示特殊傾角模型），如圖1所示。模型尺寸長×寬×高為180×20×80，巖層分為4層，物理力學參數見文獻[1]。

2 不同斷層傾角隧道開挖圍巖變形規律分析

圍巖位移變化量在一定程度上直觀地反映出隧洞圍巖的狀態，分別模擬不同斷層傾角時，研究在相同位置處隧道圍巖各部位的位移變化規律，圖2在傾角為15°、30°、45°、60°、75°時，隧道圍巖距離斷層上盤2D時的位移變化量，總結斷層傾角影響圍巖變形規律。

通過圖2可看出，不同的斷層傾角下，隧道圍巖的變形量變化趨勢較為明顯，隨著斷層傾角的增加圍巖的總變形量呈現遞減趨勢但相差不大。說明，隨著斷層傾角的增大，圍巖的變形量并不是一味增大;隨著傾角的增加，圍巖變形量呈遞減趨勢，在圓形隧道底部，卸荷后受到的二次應力重分布也較為均勻，斷層傾角為45°時，拱底最大位移量28.11mm，遠小于圍巖頂部變形量;在水平方向左、右側變形量受到斷層的影響為非對稱位移場，右側圍巖的變形量明顯大于左側，同時右側圍巖的變形量隨著斷層傾角的增大而減小，當斷層傾角為60°時左右兩幫位移量接近一致。

3 結束語

傾角對深埋隧道圍巖應力及變形有顯著的影響，隨著斷層傾角的增加，深埋隧道圍巖的變形呈減小趨勢，且在相同傾角下拱頂變形明顯大于拱底，研究表明，斷層傾角的增大或減小對隧道圍巖的位移變形并不成比例關系，因此在隧道選址時盡可能選擇斷層傾角？茲=45°來進行隧道的施工。

參考文獻：

[1]丁楠，李小裕，蔣力帥，等.不同傾角下正斷層下盤開采支承應力演化規律研究[J].煤炭技術，2018，37（02）：91-93.

[2]黃達，黃潤秋，張永興.斷層位置及強度對地下洞室圍巖穩定性的影響[J].土木建筑與環境工程，2009，31（2）：68-73.

[3]閔飛虎，向必偉，劉輝，等.采動影響下逆斷層活化規律的數值模擬[J].煤田地質與勘探，2019，47（04）：144-152.

[4]Lu Chen， Baotang Shen， Bongani Dlamini.Effect of faulting on coal burst A numerical modelling study[J]. International Journal of Mining Science and Technology， 2018， 28（05）：739-743.