各种不利因素下浅埋隧道稳定性的上限分析

摘要

浅埋隧道在开挖过程中发生的失稳事故给施工人员的生命财产带来了极大的威胁。因此，对浅埋隧道稳定性的分析具有较高的理论价值和工程指导意义。极限分析法应用于隧道工程中不仅可以得到隧道的围岩压力，还能够获得破坏范围。本文采用极限分析上限法，在Mohr-Coulomb破坏准则与Hoek-Brown破坏准则下研究各种不利因素对浅埋隧道稳定性的影响，为今后浅埋隧道的设计和施工提供理论依据和指导建议，主要研究成果如下:
　　(1)通过比较分析前人的破坏模式，给出了单孔与双孔浅埋隧道的破坏模式，根据上限定理推导出围岩压力的解析解，并且应用matlab软件中序列二次规划法得到了围岩压力的最优解。
　　(2)在Mohr-Coulomb破坏准则下，分析了土体非线性、侧压力系数、粘聚力、埋深、隧道宽度、地表荷载、孔隙水压力系数等参数对单孔以及双孔浅埋土质隧道围岩压力和破裂面的影响。
　　(3)在Hoek-Brown破坏准则下，分析了地质强度指标、岩体常数、单轴抗压强度、扰动因子、埋深、隧道宽度、地表荷载、孔隙水压力系数等参数对单孔浅埋岩质隧道围岩压力和破裂面的影响。
　　(4)结合井冈山鹅岭隧道工程实例，将极限分析上限法计算结果与现场监控量测的数据进行对比，结果的一致性验证了本文方法的正确性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究目的及意义

1．2 隧道工程稳定性问题的研究现状

1．2．1 理论分析法的应用

1．2．2 数值分析法的应用

1．2．3 模型试验法的应用

1．3 本文研究的主要内容

2 极限分析基本理论

2．1 引言

2．2 极限分析基本假设

2．2．1 理想弹塑性假设

2．2．2 小变形假设

2．3 破坏准则

2．3．1 Mohr-Coulomb破坏准则

2．3．2 非线性Mohr-Coulomb破坏准则

2．3．3 Hock-Brown破坏准则

2．4 流动准则

2．5 极限分析基本原理

2．5．1 虚功原理和虚功率原理

2．5．2 极限分析上限定理

2．5．3 极限分析下限定理

2．6 孔隙水压力作用下的极限分析上限法

2．7 本章小结

3 单孔浅埋隧道稳定性的上限分析

3．1 引言

3．2 围岩压力的解析解

3．2．1 破坏模式

3．2．2 围岩压力的求解过程

3．3 对比验证

3．4 各种不利因素下围岩压力的变化规律

3．4．1 岩土体特性对围岩压力的影响

3．4．2 埋深与隧道宽度对围岩压力的影响

3．4．3 地表荷载与孔隙水压力系数对围岩压力的影响

3．5 各种不利因素下破裂面的变化规律

3．5．1 岩土体特性对破裂面的影响

3．5．2 地表荷载与孔隙水压力系数对破裂面的影响

3．6 本章小结

4 双孔浅埋隧道稳定性的上限分析

4．1 引言

4．2 围岩压力的解析解

4．2．1 隧道间距

4．2．2 破坏模式

4．2．3 围岩压力的求解过程

4．3 对比验证

4．4 各种不利因素下围岩压力的变化规律

4．4．1 间距对围岩压力的影响

4．4．2 岩土体特性对围岩压力的影响

4．4．3 埋深与隧道宽度对围岩压力的影响

4．4．4 地表荷载与孔隙水压力系数对围岩压力的影响

4．5 各种不利因素下破裂面的变化规律

4．5．1 间距对破裂面的影响

4．5．2 岩土体特性对破裂面的影响

4．5．3 地表荷载与孔隙水压力系数对破裂面的影响

4．6 本章小结

5 Hoek-Brown破坏准则下浅埋隧道稳定性的上限分析

5．1 引言

5．2 Hoek-Brown破坏准则的应用

5．2．1 应用条件

5．2．2 参数的确定

5．3 各种不利因素下围岩压力的变化规律

5．3．1 岩体特性对围岩压力的影响

5．3．2 埋深与隧道宽度对围岩压力的影响

5．3．3 地表荷载与孔隙水压力系数对围岩压力的影响

5．4 各种不利因素下破裂面的变化规律

5．4．1 岩体特性对破裂面的影响

5．4．2 地表荷载与孔隙水压力系数对破裂面的影响

5．5 本章小结

6 工程应用分析

6．1 工程概况

6．1．1 概述

6．1．2 工程地质概况

6．2 对比分析

6．2．1 土质地段围岩压力的对比

6．2．2 岩质地段围岩压力的对比

6．3 本章小结

7 结论与展望

7．1 主要结论

7．2 主要创新点

7．3 展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢