在海底隧道顶板厚度设计中,除需要保证隧道施工期和运营期的安全性外,还要兼顾隧道的经济性,使得工程既安全又经济。合理确定隧道顶板厚度是地下工程中一个亟待研究解决的课题。同时岩体中的节理、裂隙对海底隧道的稳定性以及隧道顶板厚度的确定起着很大影响,裂隙岩体中隧道开挖后围岩稳定性分析也是一个重要工程课题。本文以宁波象山港海底隧道为研究背景,对以上问题进行了初步研究。 首先,考虑到工程岩体中往往分布着不同尺寸的节理或缺陷,而地下工程中的围岩稳定性所表现出的变形和破坏特征与岩体节理和裂隙的断裂密切相关,岩体中的节理、断层破碎带及裂隙直接影响到海底隧道的安全性。本文运用断裂力学的有关理论,采用数值模拟方法对含裂纹岩石试件的破坏进行了模拟,为后面裂隙岩体隧道开挖计算提供一种方法。 其次,根据国内外已建成的海底隧道资料,采用工程类比方法初步确定隧道的顶板厚度。通过对宁波象山港海底隧道和已建成海底隧道的海水深度、顶板厚度、岩层性质等相关信息进行归类对比,对该隧道初步设计确定的底板线位置的合理性做了分析,并在此基础上给出了隧道顶板厚度。 在工程类比基础上,运用数值计算方法,模拟隧道开挖过程,分析围岩稳定性。主要分析了不同隧道顶板厚度和不同侧压力系数下,隧道开挖后围岩应力、位移分布、应力扰动范围、上覆岩层、土层位移的变化,结合工程类比和经济性的考虑,优选隧道顶板厚度。 最后模拟分析了含裂隙岩体在开挖过程中,岩体中裂隙的扩展变化情况及其对围岩稳定性的影响,为更加合理的确定海底隧道顶板厚度的研究提供有益的探索与尝试。