软弱破碎隧道围岩压力拱动态特性研究

摘要

随着我国对高速公路建设的大力投入及隧道修建技术的日趋成熟,我国隧道建设无论是数量还是长度都已位居世界第一。但由于公路隧道自身断面大、地质条件复杂、施工不当等因素,隧道在修建工程中仍不可避免地出现塌方现象,已有研究表明,隧道在塌方变形过程中,周边围岩应力发生了重分布,形成了“拱效应”,但目前研究大多将压力拱看作为恒定不变的对象,不能真实反映隧道围岩受力变形全过程。
　　鉴于此,本文在前人研究的基础上,从隧道塌方机理及其动态发展规律出发,以软弱破碎围岩为研究对象,采用理论分析、模型试验及数值模拟的方法,对随着隧道变形和破坏周边围岩动态压力拱效应进行深入研究,主要工作如下:
　　1.采用理论分析的方法推导得到了围岩压力拱厚度的计算公式,在此基础上对影响隧道动态压力拱效应的因素进行分析。
　　2.采用模型试验的方法对不同重度、不同开挖方法及不同塌方形式下隧道周边围岩的应力变化情况进行量测,通过对量测数据的处理分析,并结合试验实际情况,得到了相应的应力变化发展规律。
　　3.采用ANSYS软件对隧道全断面开挖和破坏过程进行数值模拟,建立了隧道全断面开挖、破坏的数值模型,并对不同强度折减系数条件下隧道的稳定性和塌方破坏过程中围岩应力的发展规律进行了探讨。
　　4.对隧道塌穿型塌方和拱形塌方,全断面开挖和上下台阶法开挖,隧道围岩破坏过程中,不同塌方形式和不同开挖方法条件下,压力拱的空间形态和动态发展规律进行研究,得到了一系列新的结论。

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第一章 绪论

1.1研究目的及意义

1.2课题研究现状综述

1.3主要研究内容

第二章 隧道压力拱动态效应影响因素分析

2.1荷载计算模型的建立

2.2 计算结果分析

2.3 本章小结

第三章 软弱围岩隧道压力拱效应模型试验研究

3.1模型试验相似理论

3.2隧道模型试验相似比

3.3模型试验配比研究

3.4模型试验设计

3.5隧道开挖过程

3.6试验结果分析

3.7本章小结

第四章 软弱破碎围岩隧道压力拱效应数值模拟

4.1 隧道弹塑性计算理论

4.2数值模拟软件

4.3室内模型试验的有限元模拟

4.4 围岩强度折减系数的影响

4.5本章小结

第五章 软弱破碎围岩隧道压力拱动态效应分析

5.1压力拱动态演化分析

5.2围岩动态压力拱理论

5.4本章小结

第六章 结论和展望

6.1主要研究结论

6.2存在的问题及展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢