【摘 要】
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川藏铁路建设廊道地处欧亚板块与印度板块碰撞抬升形成的青藏高原东南部,属我国地形从第一阶梯向第二阶梯的过渡带,地势跌宕起伏,线路穿越三江并流的横断山区,地层岩性复杂多变,新构造运动剧烈,深大活动断裂广布,强震频繁,冰川、冰湖与山地灾害群（链）发育,河谷斜坡稳定性差,气候急剧变化。具有“显著的地形高差”、“强烈的板块活动”、“频发的山地灾害”和“敏感的生态环境”四大环境特征,是迄今为止人类铁路建设史上
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川藏铁路建设廊道地处欧亚板块与印度板块碰撞抬升形成的青藏高原东南部,属我国地形从第一阶梯向第二阶梯的过渡带,地势跌宕起伏,线路穿越三江并流的横断山区,地层岩性复杂多变,新构造运动剧烈,深大活动断裂广布,强震频繁,冰川、冰湖与山地灾害群（链）发育,河谷斜坡稳定性差,气候急剧变化。具有“显著的地形高差”、“强烈的板块活动”、“频发的山地灾害”和“敏感的生态环境”四大环境特征,是迄今为止人类铁路建设史上最为复杂的超级工程。铁路沿线存在高位崩塌（危岩）落石、滑坡、错落、岩堆;雨洪泥石流、冰川泥石流、混合型泥石流;岩屑坡（高寒风化堆积体）;生长期高陡卸荷岸坡;活动断裂和高烈度地震;高地温和高温热水;高地应力（岩爆与大变形）;冰害、雪崩、季节性冻土等一系列工程地质问题。论文以川藏铁路雅康段拟建折多山隧道遇到的一系列高海拔大高差地区典型工程地质问题为主线,总结了川藏线占比重最大的隧道工程勘察中的控制性问题。根据高海拔、大高差地区地形、气候、构造特征,归纳出前期选线对隧道洞门威胁最大的超高位危岩和岩屑坡两大重力不良地质问题。从勘察技术创新、形成机制、稳定性分析三方面进行研究。同时根据川藏高原工程建设经验,分析隧道洞身段不同埋深、地形条件下的应力分布特征,研究在前期地质选线时洞身应力估算方法和基于应力估算的围岩修正方法。最后将上述成果应用于川藏线折多山隧道沿线工程地质灾害防治,指导川藏线高海拔大高差地区的勘察设计和地质选线。本论文通过川藏铁路高海拔、大高差区隧道典型工程地质问题研究,主要取得了如下成果:（1）从高位悬挂坠落式危岩失稳机理和裂纹失稳扩展时刻应力强度因子KJ等于断裂韧性KJC（J（28）Ⅰ、Ⅱ）出发,考虑冻融循环作用对岩体的力学损伤,推导出高位悬挂式危岩体稳定性系数sF。当仅考虑自身重力作用时,对重力作用点进行变换和危岩体受力状态进行简化,根据应力强度因子线性叠加原理,求解出危岩体主控结构面端部的应力强度因子,进而对典型危岩进行了稳定性评价。（2）基于无人机技术与三维激光扫描技术融合的优势,以及融合点云三维空间影像技术的数据获取流程及数据处理方法、点云坐标校正、色彩匹配等。通过融合技术来识别危岩中的结构面产状、节理分布特征,提出基于结构面组合关系和数理统计的危岩体积估算方法。同时,提出采用融合技术来进行岩屑坡颗分数据分析和块石形态统计。（3）阐明了岩屑坡的形成机理和破坏模式,建立了岩屑坡表面颗粒启动的力学判据以及基于真实地形和结构的岩屑堆积体稳定性评价方法。通过无人机和三维激光扫描得到和实际情况更为贴合的地形、地貌,以及通过三维点云数据得到的块体结构进行建模,进而获得可信度更高的稳定性评价结果。（4）采用现场地应力测试和考虑河谷快速下切的地应力反演模拟相结合的方法,获得了大高差地区深切河谷段的地应力特征。通过大量数据拟合计算,得到了大高差河谷应力场中的驼峰应力区与埋深H、地形Z以及坡度i之间的函数关系,深切河谷高度与驼峰应力分布深度之间的对应关系。（5）针对川藏铁路勘察设计及前期地质选线时基础资料匮乏的特点,利用既有资料的研究与分析,拟合出适应于川藏铁路沿线的隧道地应力估算公式,建立了基于地应力估算的隧道围岩分级修正方法,用于指导在高地应力影响下不同地形区隧道的围岩分级修正。（6）通过系统研究,提出了艰险山区勘察设计阶段洞门勘察可采用的先进技术、勘察流程和测试方法,以及深切峡谷地带地应力测试区域的建议。最后,提出了川藏铁路高海拔、大高差地区隧道地质选线原则。论文的研究成果可以解决复杂艰险山区的铁路隧道前期选线及勘察设计中的工程地质问题。通过理论推导与工程实践的结合、传统技术与先进技术的创新融合,提高了在高海拔大高差地区隧道沿线灾害体识别精度,并在川藏铁路地质勘查和稳定性评价中开展综合应用,具有重要的学术价值与社会价值。
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