目前,理论结合有限元的围岩稳定性分析方法在隧道工程分析中用的越来越多,以往已有较多的研究成果。为了探索地质特征复杂的高烈度区特长深埋隧道稳定性研究的理论与方法,深化其应用范围,逐步完善隧道设计理论和方法,丰富其研究内容,并为隧道支护设计提供必要的参考。本文在结合前人研究的基础上,以锦屏水电站对外专用交通公路牦牛山隧道为实例,在介绍该隧道复杂的工程地质特征的基础上,进行了如下工作: 1) 从隧道洞口段取岩土试样,进行室内实验,如测颗分、含水量、承载力等实验参数,并结合牦牛山隧道的地质特征对该隧道进行宏观定性的围岩分级,在此基础上进行围岩稳定性分析和评价。隧道进口段为覆盖层碎块石土和强风化花岗岩,围岩呈散体结构。出口段围岩破碎呈碎裂状结构。围岩稳定性分析采用普氏理论、应力传递理论和太沙基理论:在隧道中部段,由于围岩完整性较好,力学性质好,其稳定性主要受节理等结构面的控制,运用块体理论通过赤平投影法得出了其关键块体,在洞身截面上标示出关键块体的最大可动区域,并提出必要的支护方案。 2) 洞身段采集岩样,进行应力-应变全过程实验、等围压三轴实验,通过实验数据,结合隧道的几何尺寸,对洞身段围岩进行有限元计算,建立模型,划分网格,即离散化,提取适当的边界条件,计算初始地应力的分布,通过模拟开挖过程,然后施加力的作用,求解并分析其应力、应变的重新分布情况和隧道围岩的变形、破坏情况,并从力学、岩体破坏判据以及围岩变形大小的角度分析其围岩稳定性,并提出必要的支护建议。 3) 隧道洞身段大部分地段埋深较大,最大埋深近900m,属于深埋隧道。由于山体较大量级自重应力的作用,再加上洞身段发育的四条主要节理的切割作用,局部地段存在发生岩爆的危险。本文通过洞身段围岩稳定性分析的结论,结合围岩岩石全过程应力-应变实验和等围压三轴实验资料,对隧道洞身段的围岩岩爆进行了分析和预报,这为隧道后期的施工与安全提供了较有意义的参考。 根据理论分析、数值模拟及工程实践,丰富了隧道稳定性研究内容、手段,并为该隧道的设计、施工提供了理论依据和参照。