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本文主要依托在建的十白高速公路、谷竹高速公路等工程，针对鄂西北区域隧道建设中遇到的典型隧道地质灾害问题及迫切需要解决的技术难点，综合运用地质调查、数学统计、岩石力学试验、力学理论分析及数值模拟等手段，对片岩区围岩分级标准与方法以及片岩的水敏性、各向异性、流变性特征对隧道围岩变形破坏的影响规律及机理等方面展开了相关研究。
本研究主要内容包括：⑴尽可能全面搜集了鄂西北区域已有的地学领域的研究成果，并在十白、谷竹高速等工程建设区域进行了详尽的野外地质调查和隧道施工现场施工阶段长期跟踪地质调查工作。结合该区地质文献调研及作者的地质调查统计资料，系统总结了该区地史演化过程、岩性分布特点、断裂分布特点、岩体赋存环境等反映围岩地质本质性方面的内容，并对片岩区隧道施工常见的不良地质体及典型变形破坏模式进行了归纳总结。⑵从定性、定量以及定性定量结合上对片岩区隧道围岩分级标准及方法进行了探索与实践。通过分析认为BQ分级方法相对于其它岩体分级方法，更适用于该区围岩质量的分级，但需要进行修正。考虑到片岩的水敏性特征及各向异性结构特点，提出了对BQ分级标准进行修正的方法，修正后的[BQ]分级公式能够反映片岩的特殊性质，在该区工程实践中取得成功应用。⑶针对片岩区域隧道开挖过程中经常遇到的强非均质岩体，提出了按隧洞不同承载区域进行分区加权统计的方法。针对片岩区域围岩级别的多样性特点，归纳总结了该区片岩的亚级分级标准，并且与该区隧道常用支护类型建立一一对应的关系，可在隧道施工期快速判定围岩级别并确定支护参数，确保工程的安全性及经济性。⑷综合文献调研资料及勘察设计资料，对影响片岩水敏性的矿物成分进行了分析，并对常见的片岩种类进行了水敏性等级划分，便于工程识别及应用。此外针对现场实测数据，定量分析了同一区域相似地质构造及岩性条件下，不同含水状态下围岩的变形规律。对取自鄂西北区域谷竹高速公路现场的片岩典型岩样开展了天然及饱和状态下的抗剪强度试验，定量研究了水对片岩抗剪强度的影响。⑸对片岩区岩体结构面发育特征进行了统计分析和分类，总结了片岩围岩各向异性结构特征分布规律。针对不同结构面倾角、间距、多组结构面切割状态下、不同埋深情况下等各种工况，采用离散元数值模拟手段定量分析了围岩塑形屈服区分布、应力及位移场分布特点，并给出工程优化应对措施。⑹针对十白高速公路建设中遇到的特殊流变岩体—炭质片岩展开了相关研究。通过地质特征分析了炭质片岩具有流变性的地质本质性根源。对炭质片岩区大量隧道现场实测数据进行了统计分析，从定性及定量上研究了片岩围岩支护条件下时效变形规律。并通过多种回归模型预测精度的比较，研究了适用于炭质片岩地区围岩时效变形特性的位移回归分析模型。通过分析研究认为，对于炭质片岩这样一种软弱流变性岩体，采用Burges与Mohr-Coulomb串联型式的修正Burges模型，能够较好的表征其黏弹塑性变形特点。进而通过离散元数值模拟及反分析手段，对挤压变形明显的区段进行了流变参数辨识。讨论了炭质片岩与支护相互作用机理，进而综合数值分析、回归模型预测及现场工程实践经验，定性及定量研究了炭质片岩区域围岩支护刚度的选择及支护时间的优化。