摘 要

隧道洞口施工难以避免地质灾害的发生，最常见的地质灾害是滑坡。隧道洞口的安全施工是隧道施工过程中的首要工程。研究洞口边坡的稳定性是隧道洞口安全施工的关键。本文以广东江罗高速大石岭隧道为例，采用有限元软件ANSYS分析了隧道洞口边坡的稳定性情况。完成的主要工作和取得的成果如下：

①通过查阅各类文献资料以及上网浏览分析总结了影响隧道洞口边坡稳定性的因素。这些因素包括地层和岩性、地质构造和地应力、岩体结构、工程施工的影响、水、震动和气候等。

②采用有限元软件ANSYS模拟分析了隧道开挖对隧道洞口边坡稳定性的影响。通过模拟结果分析了隧道开挖后边坡岩体的位移特征、应力特征和稳定性情况。

③分析了开挖方式对边坡稳定性的影响：当左洞先开挖时，对边坡稳定性的影响略大于右洞先开挖对边坡稳定性的影响。

④分析结果表明，广东江罗高速大石岭隧道洞口边坡的地形由于起伏较大，边坡自身稳定性较差，边坡范围内存在较弱岩土层，所以在开挖时，在应力释放及岩石位移等因素的影响下，边坡的岩土强度会进一步降低，在遇到降雨情况后，其边坡稳定性会受到很大的影响。

关键词：隧道洞口，边坡，稳定性

ABSTRACT

Tunnel portal construction is difficult to avoid the occurrence of geological disasters, the most common geological disasters are landslides. The safety

construction of tunnel portal is the first project in the process of tunnel construction. Study the stability of the slope of the tunnel is the key to the safe construction of the tunnel entrance. In this paper, taking the Guangdong Jiang Luo Da Shi Ling tunnel as an example, the stability of the tunnel portal slope is analyzed by using the finite element software ANSYS.The main work and the results obtained are as follows：

①The factors which affect the stability of slope on tunnel entrance and failue model of slope on tunnel entrance are analysisd with the method of engineering geological analysising. The factors which affect the stability of slope on tunnel entrance include stratum and lithology, geological structure and crustal stress, rock structure, affect of engineer construction, water, shake and climate etc.

②The influence of tunnel excavation on slope stability of tunnel portal is simulated and analyzed by using finite element software ANSYS. The displacement characteristics, stress characteristics and stability of slope rock mass are analyzed through simulation results.

③The influence of excavation method on slope stability is analyzed. The influence of the slope stability is slightly larger than that of the right side before excavation, and the influence of excavation on the stability of the slope is slightly larger than that of the right.

④Analysis results show that Guangdong Jiang Luo Da Shi Ling tunnel slope terrain because of the ups and downs is larger, and the slope of its poor stability, slope range exists weak rock and soil, so during the excavation, under the effects of stress release and rock displacement factors, slope geotechnical strength will further reduce, in the face of rainfall, the slope stability will be greatly affected.

Keywords:tunnel entrance, slope, stability, slope in parallel with tunnel

目录

1. 绪论.....................................................1

1.1提出问题..................................................1

1.2国内外隧道洞口边坡稳定性研究现状..........................2

1.2.1 边坡稳定性研究的方法.................................3

1.2.2 隧道洞口边坡稳定性研究现状...........................4

1.3研究内容..................................................4

1. 隧道洞口边坡极限平衡分析.................................6

2.1影响隧道洞口边坡稳定性的因素..............................6

2.1.1地层与岩性........................................... 6

2.1.2地质构造和地应力..................................... 6

2.1.3岩体结构..............................................7

2.1.4水的作用..............................................7

2.1.5振动的作用............................................7

2.1.6其它因素..............................................7

2.2隧道洞口边坡极限平衡分析模型..............................8

2.2.1 极限平衡基本原理.....................................8

2.2.2 隧道洞口边坡稳定性极限平衡分析.......................9

1. 广东江罗高速大石岭隧道洞口边坡稳定性分析.................14

3.1大石岭隧道地质条件........................................14

3.2数值模拟模型..............................................15

3.2.1ANSYS模型.............................................15

3.2.2开挖方式..............................................15

3.2.3分析方法..............................................15

3.3隧道开挖对隧道洞口边坡稳定性的影响........................16

3.3.1位移影响..............................................16

3.3.2应力分析..............................................20

3.3.3初期支护分析..........................................22

3.3.4边坡稳定性分析........................................22

1. 结论与展望...............................................23

4.1结论......................................................23

4.2展望......................................................23

致谢............................................................24

1. 绪论

1.1提出问题

边坡系统是一个开放的系统，其研究具有很高的科学价值，这项研究不仅丰富了灾害预测理论，也促进了工程地质、环境地质和岩石力学的发展，研究边坡系统具有重要的意义。同时，边坡问题也是一个社会学问题，特别是当其转化为地质灾害的时候，人们通常难以界定是属于边坡自身的自然属性造成的还是因为人为的干扰，边坡问题的研究具有合理开发利用土地资源，保护生态环境和可持续发展等重大的民生战略意义。

在隧道边坡设计中，由于受到多种因素的影响，通常会遇到很多复杂的地质情况，比如说隧道洞口的岩性较差，围岩很可能是风化的岩石，容易受到水的影响。所以隧道洞口坡体经常会在隧道施工过程中出现各种不同的地质灾害。这些地质灾害一般与以下几方面因素有关：①隧道洞口所在的边坡坡体围岩结构复杂，在长期的地质作用下其强度降低，节理裂隙面上容易发生滑坡；②隧道洞口易滑坡地段位于边坡稳定岩体中，由于自然环境的改变使滑坡地段进一步扩大；③隧道洞口开挖导致地应力场发生改变，继而导致边坡出现变形开裂，并在强度低不稳定的部位形成滑动面从而形成滑坡；④隧道洞口开挖的爆破作业产生的震动使边坡围岩遭受破坏，使结构面强度降低，从而诱发边坡地质灾害；⑤隧道洞口开挖后支护强度不够或者未及时支护，导致边坡强度降低，这会使洞口边坡滑坡加剧。综上所述，工程地质条件和隧道洞口段施工是影响隧道洞口边坡稳定性的主要因素，所以研究隧道洞口段的工程地质条件和隧道施工对边坡稳定性的影响具有重大的工程价值和理论意义。

目前，极限平衡法和有限元数值模拟法在对边坡稳定性的研究分析中运用得最多。由于实际岩土体的地质环境比较复杂，用极限平衡法得出的边坡稳定性系数会出现误差的较大，因为材料参数对数值分析的结果影响较大，所以在对其研究时，一般只有高校研究部门或者专门的科研部门才会选择使用，实际工程项目里面很少会用到这个方法。因为边坡研究的特殊性以及其复杂性，所以我国相关规范在对隧道洞口边坡设计作规定时，都是只作出概述性的规定，如《公路隧道施工技术规范》里面对隧道洞口边坡的设计只进行了原则性的规定^[1]，根据围岩类别确定边坡的坡率和高度的参照值。由于实际地质及结构是复杂多变的，所以在设计工作中一般都不能完全按照规范给出的设计值对隧道进行设计，原因是这些规范里的设计值在运用到实际工程设计里面无法同时满足全部的设计要求^[2]。同时在实际工程施工过程中，施工方必须要对隧道洞口的稳定性实时监控并作出相应的防范措施，如果忽略了这个环节，那么很有可能会发生边坡地质灾害，当边坡地质灾害发生后不仅会影响工程的施工进展度，同时还可能造成人员伤亡情况。

在线的大多数研究都是对具体的隧道工程案例进行分析即分析其其边坡的质地特征和边坡稳定性，并对可能出现的地质灾害情况提出对应的预防治理方案，在理论方面的做出研究较少。本文通过收集现有的边坡研究资料及实际工程中广东江罗高速大石岭隧道洞口边坡的地质条件质料，分析总结出隧道洞口边坡稳定性的影响因素，通过数值模拟分析隧道洞口边坡稳定性。