地质偏压隧道衬砌结构形式及其力学特性的试验研究结题摘要

本基金资助项目采用理论分析、室内相似材料模型试验和工程实践相结合的研究方法，对地质偏压隧道所承受的偏压作用及其发生的条件和偏压分布特点开展了系统研究，分别以地质顺层、倾斜地形、非均质节理岩体为研究对象，就上述岩体中因开挖隧道后围岩对隧道衬砌产生偏压的判定条件及其偏压作用大小的计算方法和分布特点进行了研究，并分别给出了在上述地层中围岩对隧道衬砌产生偏压的判定条件和隧道衬砌结构所承受地层偏压作用的计算方法，同时结合偏压作用提出了适用于偏压地层中的隧道衬砌新型结构形式，将研究所得出的计算方法和衬砌结构应用到实际工程的隧道结构设计中，解决了偏压隧道成因判定和衬砌结构设计的系列问题。研究所得出的地层产生地质偏压的判定条件和偏压作用计算方法对地质偏压隧道偏压作用的计算以及偏压地层中隧道衬砌结构的设计均具有理论意义和工程应用价值。 2100433B

本项目以地质偏压隧道为研究对象，采用模型试验、数值计算和理论分析相结合的研究方法，分别对地质顺层岩体和非均质岩体中因暗挖隧道而引起的偏压作用开展研究。通过本项目的研究，以期获得地质顺层与非均质地层中暗挖隧道而形成偏压作用的条件和及其影响范围，进一步研究地质顺层与非均质地层中隧道承受偏压荷载的计算方法，提出与其相适应的隧道新型衬砌结构形式，并分析在地质偏压荷载作用下隧道衬砌的力学特性与安全性。目的在于建立地质偏压隧道偏压作用的计算方法，研究和提出与其相适应的隧道衬砌形式，为今后我国铁路、公路等交通运输线路中复杂地层尤其是顺层和非均质地层中偏压隧道结构的设计与施工提供科学依据和技术指导，保障线路中隧道工程的安全与顺利建设，同时也促进隧道工程学科的发展。

继续摸索中间绝缘层的生长工艺，并利用各种微电子加工技术，制备出磁场电阻高、结电阻低、重复率好的优质单势垒磁隧道结材料。深入研究磁隧道结的偏压特性，运用全量子力学模型，结合磁振子、声子的激发及界面能级结构的变化，对隧道结磁电阻随偏压变化的现象作出理论诠释。制备双势垒磁隧道结或选择自旋极化率符号相反的铁磁电极材料，研究反常隧道磁电阻现象及其随外加偏压的变化。 2100433B

1．工程地质岩组的划分及其特征；

2．岩体结构及其类型划分；

3．褶皱断裂系统和构造应力场的地质力学分析；

4．软弱结构面的形成过程及其特性；

5．岩石和岩体的基本力学特性；

6．岩体的裂隙渗透特性；

7．岩体的变形，破坏机制；

8．岩体的应力状态和稳定性分析；

9．岩体动力学特性；

10．测试技术及方法研究。

岩体工程地质力学的研究方法是应用地质学的勘测调查和力学分析计算相结合的方法。特别强调地质构造的研究，这种研究是以地质力学的研究方法为基础，即分析断裂构造形成的力学机制与空间分布配套的规律，注意分析构造应力场。

地质力学既研究地壳运动产生的各种形变现象的规律，也研究由地壳运动产生的物质的变化规律，以及两者的相互联系。反映地壳运动的一切现象都是它考察研究的对象，包括构造体系的规律、海洋运动的遗迹、岩浆活动的现象、变质岩带的发生和矿产的形成等。

地质力学的研究内容可概括为4个方面：

①构造体系的深入调查研究。包括：构造体系类型的划分；构造形迹的力学性质的鉴定及其空间排列规律；岩石力学性质及构造应力场的分析；构造运动时期和构造体系形成时期的鉴定；现代地壳运动和活动的地应力的观测；岩石内流体运动和构造型式对油、气的动态与油气集中的控制作用；各级构造体系对矿产分布规律的控制作用；构造应力场与地球化学场及地球物理场的联系。

②全球大地构造体系的特点和分布规律，以及与各种构造体系同时发生的沉积建造、岩浆岩建造、变质岩建造和矿产资源的成生联系。

③古生代以来全球大陆运动和海洋运动问题。首先着眼于中国及邻区石炭－二叠纪大陆运动与海水进退规程。

④地壳运动问题。包括：区域性升降运动与水平运动的联系；地球角速度的变化和潮汐作用对于大陆运动和海洋运动的影响；太阳辐射的变化和地壳运动与地球运动对古气候变化的作用等。

地质力学在矿产和水文地质、工程地质勘查、地震地质、地热地质以及地区稳定性研究方面，特别是对中国石油、煤田和若干金属矿产的预测以及解决重大工程建设和大型矿山开发中遇到的地质问题，都起了重要作用。但在李四光著作中提出的一些地质问题，如地壳运动规律，地壳岩石圈、水圈、气圈、生物圈在运动中的相互联系，矿产资源时空分布规律等，迄今还没有解决。