甘青隧道初始地应力场分析及岩爆预测

摘要

为探明西成铁路甘青隧道工程区初始地应力场分布规律并准确预测岩爆，采用多元线性回归原理，基于隧道工程区实测地应力数据、地形地貌、地层岩性、地质构造和试验研究成果等，利用FLAC^3D数值模拟分析软件进行反演分析工程区初始地应力场。分析隧道开挖卸荷后的应力重分布和局部应力集中情况，并结合修正的“谷-陶岩爆判据”对隧道高地应力区段可能发生岩爆的具体部位及其强度进行预测。研究结果表明：甘青隧道处于地质构造复杂、应力高度集中以及大埋深的高地应力环境，燕山期闪长岩和三叠系板岩岩体坚硬、完整性良好，存在岩爆风险；甘青隧道工程区最大主应力为2.3～25.2 MPa,最小主应力为1.0～15.8 MPa,三向主应力在埋深小于300 m时关系为S_H>S_h>S_V（S_H为大主应力，S_h为小主应力，S_V为垂直主应力）,在埋深为300～700 m时关系为S_H>S_V>S_h,且地应力特征以水平构造应力为主；甘青隧道整体呈现弱-中等岩爆状态，甘青隧道DK394+700—DK398+500具备发生高岩爆活动的条件，DK384+500—DK394+700、DK398+500—402+200具备发生中等岩爆活动的条件。

关键词

铁路隧道 / 初始地应力场 / 地应力场反演 / 岩爆预测 / 数值模拟

基金资助

国家自然科学基金资助项目(51968041); 中国博士后科学基金资助项目(2021M693843); 兰州交通大学“百名青年优秀人才培养计划”资助项目(2017150)