基于压力拱理论隧道原位扩挖过程松动圈计算方法研究

摘要

近年来，随着我国经济水平的飞速发展，车流量增大，为了确保公路的通行顺畅，需对隧道公路通行能力有了更高的要求。在部分地区，双向四车道隧道已经不能满足通行量现行要求。为了提高通行能力，需要对原有隧道公路进行原位扩挖。
　　本文以目前国内罕见的沈海高速泉厦段扩挖工程大帽山扩挖隧道为工程背景，采用了解析求解和数值模拟两种方法对大帽山原位扩挖隧道的围岩力学特性进行分析，提出了适用于隧道大断面扩挖情况的荷载与松动圈范围的计算方法，并通过实际工程中的监测数据与ABAQUS三维数值模拟结果验证确定其适用性，对原位扩挖隧道的施工提供解析计算支持。论文的主要研究工作及成果如下：
　　1.采用复变函数Schwarz交替法，深入考虑隧道衬砌的支护力对围岩的影响，对隧道原位扩挖的解析解进行完善得到考虑支护抗力下解析解，探讨支护抗力的影响。
　　2．基于卸荷理论，利用ABAQUS软件对隧道的开挖进行三维数值模拟，分析原位扩挖隧道施工引起的围岩力学特性，判定松动圈的大小，并采用强度折减法对其安全系数进行分析。
　　3．通过对CD施工法分析，结合隧道原位扩挖的大断面施工情况下，基于压力拱理论对隧道原位扩挖情况下的荷载计算方法进行研究计算，并通过ABAQUS三维数值模拟进行比较验证，得到适合隧道原位扩挖情况下的荷载计算方法。
　　4．基于压力拱理论采用卡斯特奈近似公式的考虑隧道原位扩挖过程的围岩松动圈的理论计算方法进行了研究。并针对松动圈的范围，对凝聚力和普氏系数的影响因素进行了分析。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究意义及背景

1.2隧道围岩松动圈确定方法

1.3隧道原位扩挖施工方法

1.4隧道原位扩挖围岩力学理论研究现状

1.5 研究中存在的问题

1.6研究内容与研究方法

1.7 论文的创新点

第2章 隧道原位单侧扩挖围岩力学特性解析分析

2.1 引 言

2.2隧道原位扩挖Schwarz交替法

2.3大帽山隧道原位单侧扩挖实例计算

2.4隧道单侧扩挖影响因素分析

2.5结论

第3章 基于卸荷理论的隧道原位扩挖数值模拟研究

3.1 引 言

3.2 ABAQUS软件的隧道原位扩挖建模过程

3.3卸荷岩体理论在隧道原位扩挖中的应用

3.4模拟结果

3.5强度折减理论在隧道原位扩挖中的应用

3.6本章小结

第4章 基于压力拱隧道原位扩挖过程荷载计算方法研究

4.1引言

4.2普氏压力拱理论

4.3 基于普氏压力拱隧道原位扩挖荷载计算方法

4.4 大帽山隧道原位扩挖CD工法压力拱数值计算

4.5 基于压力拱隧道原位扩挖荷载计算方法

4.6 荷载计算方法比较

4.7 本章小结

第5章 基于压力拱理论隧道原位扩挖过程松动圈计算方法

5.1 引 言

5.2隧道围岩松动圈

5.2圆形隧道围岩应力弹塑性分析

5.3大帽山算例分析

5.4松动圈影响因素分析

5.5 本章小结

第6章 结论与展望

6.1主要成果

6.2研究不足与展望

参考文献

致谢

在校期间发表的学术论文与研究成果