本文以南水北调西线工程深埋引水隧洞为研究背景,首先对岩体力学进行了试验参数研究,得出本课题研究的控制性岩体力学参数;然后在理论分析的基础上,与数值模拟相结合对软岩变形问题展开了较为深入地研究,并对软岩隧洞变形量的理论计算值和数值模拟值做了比较研究。具体研究成果如下: 1.在室内试验和现场测试资料研究的基础上,结合参数经验估算法,对软岩隧洞的控制性参数进行研究,给出了较为合理的控制性岩体物理力学参数,为理论计算和数值模拟提供了可靠的参数依据。 2.对软岩隧洞工程围岩变形的主要影响因素、变形特点等进行分析,较全面的论述了深埋隧洞软岩变形机理。然后将西线工程软岩隧洞问题简化为平面应变问题来考虑,结合岩体力学参数,应用弹塑性理论进行围岩稳定性的计算,并通过对埋深、洞径、粘聚力及内摩擦角等参数的敏感性分析,理论研究各因素对西线工程深埋引水隧洞围岩变形的影响。 3.数值模拟研究了西线工程深埋软岩隧洞开挖后围岩的应力、应变状态、变形大小以及塑性区的分布等非线性变形规律;在不同影响因素下,软岩的变形机理是不同的。本文通过岩体弹塑性理论分析及数值模拟对岩石物理力学参数不同组合的多种方案计算和分析,得到各岩体物理力学参数对隧洞围岩变形影响程度,为工程设计和现场施工提供了较有价值的参考;在理论分析的基础上,结合其变形规律及影响因素,进行了软岩变形机理的进一步分析:在软岩中开挖隧洞,由于岩体潜在应力的释放或岩体吸水膨胀,沿四周逐渐向隧洞内挤出。从数值模拟的结果来看,洞壁四周围岩首先由压应力引起剪胀破坏,随着剪胀破坏向围岩深处发展,将逐渐引起岩石裂隙扩张和体积膨胀,导致洞室周边岩层弯曲,并产生弯曲拉应力,致使隧洞岩层变形。 4.通过比较理论计算和数值模拟得出的隧洞最大位移变形量,得出了如下结论:在相同假设条件,相同参数的情况下,理论计算和数值模拟得出的最大径向位移量比较吻合。 本文以西线工程软岩段隧洞为研究对象,有明确的研究背景。研究表明,深埋隧洞软岩变形问题的研究在西线工程的设计和施工中占有极其重要的地位。