高填方明挖隧道土压力计算理论及加筋减载研究

摘要

改革开放30年来，我国城市化进程取得举世瞩目的成就，然而城市化进程的空前加速致使大量的人们纷纷涌向城市，给城市土地资源与交通带来前所未有的挑战。为此，城市决策者们不得不采取填沟造地设想，那么高填方明挖隧道的出现也就不足为奇。问题是这些高填方深埋洞室因缺乏合理的土压力计算理论，在设计施工完成后常常出现洞室开裂的病害，增加了养护维修的成本。基于这一现状，本文通过搜集与查阅大量有关深埋洞室土压力理论及减载理论的文献，对比分析发现这些理论在高填方明挖隧道土压力计算及减载时普遍存在缺陷;不适合本文所研究的高填方明挖隧道土压力计算理论与加筋减载这一课题。为此本文针对该课题，采用数值模拟与理论推导的方法得出了适合该课题的土压力计算方法及加筋减载设计理论。论文所做的主要工作及研究结论如下:
　　(1)采用数值模拟的方法首先研究加筋前:填土特性、边界条件、地基特性及断面形式等分别对高填方下明挖隧道拱顶竖向土压力变化规律的影响;然后再分析加筋后的加筋方式、边界条件、填土容重等因素对加筋减载效果发挥程度的影响。
　　(2)提出了考虑填土拱效应的高填方明挖隧道在不同填土高度下拱顶竖向土压力的计算表达式，并就该表达式进行合理的优化，以便工程技术人员方便使用。
　　(3)在以“人工加筋桥”作为减载结构的前提下，分别采用以土工格栅为受力对象的“柔度法”以及以填土为主要受力对象的“极限平衡法”两种方法，推导得出了“人工加筋桥”所承受的土压力荷载的计算表达式。
　　(4)以“极限平衡法”得出的“人工加筋桥”承受的土压力荷载的计算表达式为基础，提出了“人工加筋桥”减载结构体系的设计理论，主要包括①土工格栅的设置高度，②布置层数，③筋材沿洞室宽度方向的长度，④减载孔的尺寸确定等四个方面的内容。
　　(5)为了证明“人工加筋桥”减载结构体系的设计理论的可靠性，本文结合兰州九州开发区罗锅沟明挖隧道减载的工程实例，并就原减载结构体系进行了深入剖析，最后设计出满足该工程减载要求同时亦能够最大限度地节省工程投资的“人工加筋桥”减载结构体系。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 本论文研究的背景及现实意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究现实意义

1．2 深埋洞室土压力计算理论国内外研究现状及存在的主要问题

1．2．1 深埋洞室土压力计算理论国内外研究现状

1．2．2 填埋洞室竖向土压力计算理论及方法回顾

1．2．3 当前理论在高填方明挖隧道竖向土压力计算中存在的主要问题

1．3 高填方深埋洞室减载措施研究回顾及存在的主要问题

1．3．1 减载措施研究回顾

1．3．2 存在的主要问题

1．4 本论文研究的主要内容及研究技术手段

1．4．1 本论文研究的主要内容

1．4．2 本论文研究技术手段

2 高填方明挖隧道土压力影响因素数值模拟及计算理论研究

2．1 概述

2．2 高填方明挖隧道影响因素的数值模拟分析

2．2．1 数值模拟分析的必要性

2．2．2 计算软件介绍

2．2．3 数值模拟计算过程

2．2．4 数值模拟结果分析

2．3 高填方明挖隧道竖向土压力计算理论研究

2．3．1 明洞—填土—地基及基础作用机理分析

2．3．2 高填方下明挖隧道计算模型与基本假定

2．3．3 高填方下明挖隧道拱顶竖向土压力公式推导

2．4 高填方明挖隧道拱顶竖向土压力公式讨论及优化

2．4．1 不同土压力计算理论计算结果对比分析

2．4．2 公式讨论及优化

2．5 本章小结

3 高填方下明挖隧道加筋桥减载理论及加筋减载结构设计研究

3．1 概述

3．2 高填方明挖隧道加筋桥减载数值模拟计算及其成果分析

3．2．1 数值模拟工况介绍

3．2．2 各种工况下的计算成果汇总分析

3．3 “人工加筋桥”减载理论分析

3．3．1 加筋桥减载法减载机理分析

3．3．2 “人工加筋桥”减载法理论计算分析

3．4 “人工加筋桥”减载结构设计研究

3．4．1 “人工加筋桥”减载结构设计的必要性

3．4．2 “人工加筋桥”减载结构设计

3．5 本章小结

4 工程实例分析

4．1 概述

4．2 工程实例

4．2．1 工程背景及工程地质水文特征

4．2．2 工程对象描述

4．2．3 减载方案

4．3 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果