基于现场监测的倾斜层状隧道围岩稳定性的研究

摘要

层状岩体隧道围岩稳定性分析是隧道工程研究的重要课题之一。随着隧道工程建设的急剧增加，围岩稳定和支护结构优化设计等问题，尤其是倾斜层状隧道围岩的稳定性和支护结构优化设计问题显得越来越突出，因此弄清在初期支护作用下倾斜层状围岩的稳定状况是隧道施工安全和运营期安全使用的保证，故迫切需要深入的研究和探索。本文以倾斜层状隧道围岩为起点，从依托工程--重庆寸滩隧道施工实际出发，并结合隧道现场监控量测，以研究倾斜层状隧道围岩变形破坏机制、稳定性因素和稳定状态为主线，旨在为评判隧道施工开挖期间的围岩稳定性分析提供理论基础与技术路线。论文的主要内容和取得的成果如下： （1）通过对倾斜层状岩体隧道围岩的常见变形破坏特点和斜层状岩体隧道围岩稳定性影响因素分析，总结常见倾斜层状岩体隧道围岩的破坏形式，结合对倾斜层状岩体隧道--寸滩隧道施工监控量测，对隧道围岩稳定性进行评价，并指导隧道的设计和施工。 （2）在充分研究前人和现行对层状岩体隧道围岩压力的理论基础上，应用结构力学相关理论，结合监控量测中钢拱架应力数据，推导对隧道施工开挖过程中围岩压力值。 （3）基于对倾斜层状岩体隧道的锚杆轴力实测数据的分析，运用弹塑性理论，反分析层状隧道围岩在施工开挖中的塑性区范围以及松动区范围。 （4）运用有限元工程计算软件ANSYS对倾斜层状岩体隧道的施工过程进行动态数值模拟，通过与均质围岩计算结果的比对，分析指出在施工过程中倾斜层状岩体隧道围岩中的应力集中的分布区以及衬砌结构的弯矩图和轴力图，提供围岩支护参数和监控量测的重点，评判初期支护结构的合理性和安全性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景及研究意义

1.2国内外研究现状

1.2.1我国公路隧道的发展

1.2.2国内外研究现状

1.2.3国内外隧道围岩稳定性研究的新趋势

1.3.目前存在问题

1.4本文研究内容及思路

第二章倾斜层状隧道围岩稳定因素分析及现场量测

2.1概述

2.2倾斜岩层隧道围岩结构类型及破坏特征

2.2.1倾斜岩层围岩结构类型

2.2.2含软岩的倾斜层状围岩特性

2.2.3倾斜层状隧道围岩变形破坏机制

2.3倾斜层状隧道围岩稳定性影响因素

2.4倾斜层状隧道的工程概况和现场监测

2.4.1论文依托工程概况

2.4.2隧道监控量测内容及方法

2.4.3监控量测数据的处理与分析

2.5本章小结

第三章量测钢拱应力反分析隧道围岩压力

3.1概述

3.2隧道围岩压力研究现状与发展动态

3.2.1围岩压力的经验公式发展

3.2.2理论计算的发展

3.2.3实际测量围岩压力

3.2.4试验方法

3.2.4反分析预测法

3.3钢拱架支护作用机理

3.4.钢拱架内力监测

3.5基于监测的钢拱架应力反分析围岩应力状态

3.5.1基本假设

3.5.2从钢拱架应力推导隧道围岩压力

3.5.3实例分析

3.6本章小结

第四章量测锚杆轴力反分析隧道围岩稳定状态

4.1概述

4.2初期支护作用机理

4.2.1喷射混凝土作用机理

4.2.2锚杆作用机理

4.2.3钢筋网作用机理

4.3锚杆轴力监测

4.4用监测实测锚杆轴力反分析围岩相关状态

4.4.1用实测锚杆轴力分析围岩塑性区和松动区范围的解析研究

4.4.2隧道支护结构和围岩稳定状态的评价

4.4.3实例分析

4.5本章小结

第五章隧道有限元法模拟的基本原理

5.1概述

5.2有限元基本思想

5.3四边形四节点等参单元

5.4岩土体材料本构模型及强度特性

5.4.1岩土介质本构关系研究现状

5.4.2岩土体强度特性

5.5岩土体弹塑性理论分析

5.5.1屈服准则

5.5.2流动法则

5.5.3硬化规律

5.6岩土体弹塑性有限元分析

5.7接触单元理论及有限元分析

5.8本章小结

第六章寸滩隧道开挖稳定性及数值模拟

6.1概述

6.2寸滩隧道开挖仿真分析

6.3寸滩隧道数值模拟

6.3.1均质围岩开挖数值模拟

6.3.2倾斜层状围岩开挖数值模拟

6.4两种不同围岩模拟的比较

6.5有限元数值分析中存在的问题

6.6本章小结

第七章结论与建议

7.1主要结论

7.2后续研究工作及建议

致 谢

参考文献

在学期间发表的论著及取得的科研成果