渗流效应下隧道围岩弹塑性分析及施工优化研究

摘要

随着交通发展的需要，隧道工程发展的规模越来越大，隧道不可避免地要通过地下水含量丰富且埋深较浅的地带，由于地下水引发的一系列工程问题也日益受到人们的广泛关注，因此，对浅埋渗水隧道进行相关研究显得尤为重要。
　　 本论文以衡茶吉铁路特长隧道—鹅岭隧道为工程背景，通过理论分析、数值模拟和现场监控量测等手段，对浅埋渗水隧道围岩的加固措施及加固效果进行详细的分析与研究，在分析总结已有关于隧道流固耦合、围岩弹塑性和围岩加固研究成果的基础上，论文主要完成以下方面的工作:
　　 1).对圆形隧道围岩进行弹塑性分析，推导得出非线性屈服准则并考虑渗透力作用下圆形隧道围岩应力及位移的弹塑性解，利用数学计算软件求其相关数值解，最后通过对单个不同影响因素进行定性分析，绘制围岩应力及塑性区外半径的影响曲线;
　　 2).利用三维有限差分软件对鹅岭隧道进行详细的施工过程数值模拟，重点分析了渗流条件下隧道浅埋段围岩的渗流场、应力场及位移场;
　　 3).对浅埋渗水地带隧道围岩加固效果进行研究，分析隧道围岩各加固措施对隧道开挖后围岩稳定性产生的影响，利用有限差分软件详细模拟六种不同加固措施下隧道围岩稳定性情况，并比较了不同加固措施对隧道围岩稳定性的影响;
　　 4).对鹅岭隧道进行了现场监控量测，分析具体施工过程对隧道围岩产生的影响，重点分析隧道拱顶下沉和水平收敛、围岩压力及初期支护钢架应力情况。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 隧道流固耦合研究

1．2．2 隧道围岩弹塑性研究

1．2．3 浅埋隧道围岩加固研究

1．3 本文研究的主要内容

第二章 渗透力与非线性耦合下的隧道弹塑性分析

2．1 引言

2．2 非线性Mohr-Coulomb屈服准则

2．3 圆形隧道弹塑性分析基本假设

2．4 圆形隧道渗透水压力分析

2．5 渗透力作用下圆形隧道应力与位移弹塑性分析

2．5．1 圆形隧道的应力分析

2．5．2 圆形隧道的塑性区外半径分析

2．5．3 圆形隧道的塑性区位移分析

2．6 参数影响分析

2．6．1 各参数对塑性区应力的影响分析

2．6．2 各参数对塑性区外半径的影响分析

2．7 本章小结

第三章 渗流作用下浅埋隧道施工力学研究

3．1 隧道概况

3．1．1 地形地理概况

3．1．2 工程地质特征

3．1．3 水文地质特征

3．2 施工方案分析

3．2．1 拿山河河道防渗段施工方案

3．2．2 浅埋段洞内主要支护措施

3．2．3 浅埋段洞内施工方案

3．3 施工工况数值模拟研究

3．3．1 计算模型及参数

3．3．2 边界及初始条件

3．3．3 数值模拟计算步骤

3．4 计算结果分析

3．4．1 围岩自重应力场分析

3．4．2 围岩孔隙水压力场分析

3．4．3 围岩应力场分析

3．4．4 围岩位移场分析

3．5 本章小结

第四章 浅埋隧道渗流作用下围岩加固优化研究

4．1 计算模型及参数

4．2 围岩加固方案优化

4．3 围岩加固效果计算与分析

4．3．1 围岩应力场分析

4．3．2 围岩位移场分析

4．3．3 围岩塑性区分析

4．3．4 支护结构内力分析

4．4 本章小结

第五章 现场监控量测

5．1 监控量测的必要性

5．2 监控量测的作用

5．3 鹅岭隧道浅埋段监控量测内容及其实施

5．3．1 监控量测主要内容

5．3．2 浅埋段地表监测方案

5．3．3 浅埋段洞内监测方案

5．4 监测数据的采集与分析

5．4．1 拱顶沉降与水平收敛分析

5．4．2 隧道围岩压力分析

5．4．3 初期支护钢架应力分析

5．5 监测结果与数值模拟结果对比分析

5．6 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 创新

6．3 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要研究成果