公路隧道应力释放率对软弱围岩稳定性影响

摘要

隧道在施工过程中,开挖边界的应力随掌子面的推进逐步释放。围岩应力释放率与隧道的工程地质条件、结构设计尺寸、施工方法、支护时机等因素密切相关。特别地,对于软岩或流变性质明显的岩体,其围岩应力释放率选择的正确与否直接关系到隧道支护结构的设计质量,因此亟待进一步分析研究,为整个隧道结构的方案优化奠定基础。
　　本文在既有的理论研究基础上,分析了围岩压力的形成过程及其影响因素,并对围岩压力理论以及围岩—支护共同作用的原理进行了综述,为后续数值仿真模型的建立及工况选取提供了依据。
　　然后,采用FLAC3D有限差分程序建立了隧道洞口软弱地质条件区段的三维弹塑性计算模型。在此模型基础上,着重分析了不同围岩应力释放率条件下围岩变形及支护结构的受力特性。计算结果表明:对于软弱地质条件区段,在整个支护体系中,围岩中的应力较小,为保证隧道结构的稳定性,开挖初次释放的应力不宜过大。
　　最后,基于FLAC3D有限差分程序,对“仰拱至掌子面距离+围岩应力释放率”组合下隧道的稳定性进行了分析,并对不同地质条件下的围岩应力释放率进行了优化。结果表明:仰拱至掌子面距离为1.2D(D为隧道单洞开挖净距)时,初衬和围岩均能充分发挥各自的作用;对于拱顶沉降和仰拱隆起,应力释放率起主要作用,对于拱腰处收敛位移,两者发挥的作用相当;随围岩等级的提高,围岩的应力将逐渐增大。
　　本文的研究结论对隧道施工过程中应力释放率的选取及整个支护结构体系的全局优化具有一定的参考价值。

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1 绪 论

1.1 选题背景和研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及技术路线

2 公路隧道围岩压力理论

2.1 概 述

2.2 围岩压力的形成及影响因素

2.3 围岩压力计算

2.4 本章小结

3 应力释放率对围岩稳定影响的数值模拟

3.1 概 述

3.2 中条山隧道工程概况

3.3 数值计算模型

3.4 应力释放率对围岩稳定性影响分析

3.5 本章小结

4 应力释放率与仰拱至掌子面距离的配合效果分析

4.1 概 述

4.2 仰拱至掌子面距离对围岩稳定性的影响

4.3 应力释放率与仰拱至掌子面距离的配合效果分析

5 结论与建议

5.1 本文结论

5.2 进一步研究的建议

致谢

参考文献

附录1 作者攻读硕士学位期间发表的学术论文目录

附录2 作者攻读硕士学位期间参与的科研项目