膨胀性土质隧道变形破坏模式与防治对策研究

摘要

近些年，随着我国交通结构及基础设施建设的快速发展，公路、铁路及海底隧道的修建越来越多。膨胀性土是影响道路及其它构造物修建的一种特殊性土，但由于膨胀性土质隧道往往跨度大、失稳破坏抢救难度大、维护费用高、社会影响恶劣，在设计、施工中仍存在一定的问题。本文以某膨胀性土质隧道作为工程背景，针对膨胀性土质隧道建设期围岩变形、土体大体积塌方及变形防治等问题，采用了室内试验、数值模拟和工程应用相结合的方法展开了研究工作。
　　 1、通过对某隧道膨胀性土层的物理力学性质及胀缩特性进行试验研究，揭示了该隧道膨胀性土层的含水率、干密度、结构特征、孔隙比、液塑性指数、抗剪强度、化学成分及膨胀性能等的变化规律，提出了膨胀性能判定的综合办法。
　　 2、通过对膨胀性土质隧道建设期出现变形破坏的典型特征、主要类型及危害影响进行总结，为后续膨胀性土质隧道的安全施工提供指导性帮助。
　　 3、通过结合隧道洞内变形破坏诱发大体积塌方过程衬砌结构与围岩的变形特征，从支护强度因素及地质因素分析，指出发生变形破坏的产生机理，即:膨胀性土质隧道建设期变形破坏是因边坡滑移而对隧道产生的额外荷载，附加在支护结构上，使得钢拱架屈曲变形。
　　 4、在室内试验基础上，开展了膨胀性土质隧道变形演化的模拟试验研究。采用离散元软件UDEC对洞室变形演化过程进行了数值模拟，模拟结果和现场情况基本一致;综合试验现象和模拟分析结果提出了洞室施工的相应建议。
　　 5、提出了铁路土质隧道围岩级别划分的亚级细化标准，并根据二次细化结果，判定洞室变形破坏段围岩为Vb偏弱，结合变形破坏特点，给出洞室变形破坏的防止建议:及时封闭地表裂缝;安装临时横、斜支撑，防止隧道坍塌破坏;洞内支护加强;开展地表注浆，加固松散土体。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景与意义

1．2 研究现状

1．2．1 理论与实验

1．2．2 数值模拟分析

1．2．3 隧道变形破坏的研究

1．3 研究内容

1．4 研究思路与技术路线

第二章 膨胀性土的物理力学性质及膨胀性能

2．1 膨胀性土

2．1．1 膨胀性土的概念

2．1．2 膨胀性土的胀缩机理

2．2 依托工程概况

2．2．1 隧道设计方案

2．3 膨胀性土的物理性质

2．3．1 含水率

2．3．2 干密度

2．3．3 结构特征

2．3．4 孔隙比

2．3．5 击实试验

2．3．6 液性指数与塑性指数

2．4 膨胀性土的力学性质

2．4．1 固结试验

2．4．2 抗剪强度试验

2．5 膨胀性土的化学成分与膨胀性能测试

2．5．1 膨胀性土的化学成分

2．5．2 膨胀性能测试

2．6 小结

第三章 膨胀性土质隧道建设期的变形破坏模式

3．1 引言

3．2 建设期变形破坏的特征

3．3 建设期变形破坏的模式

3．3．1 顶部变形

3．3．2 边墙变形

3．3．3 拱脚变形

7．3．4 底板变形

3．3．5 洞口塌方变形

3．4 建设期变形破坏的危害

3．5 小结

第四章 膨胀性土质隧道变形破坏的产生机理

4．1 引言

4．2 建设期隧道的变形破坏过程

4．3 隧道变形破坏的机理分析

4．3．1 支护强度因素分析

4．3．2 地质因素分析

4．4 小结

第五章 膨胀性土质隧道变形破坏的数值模拟

5．1 引言

5．2 膨胀性土质隧道变形破坏的数值模拟

5．2．1 UDEC简介

5．2．2．模型建立与参数选取

5．2．3 计算结果分析

5．3 小结

第六章 膨胀性土质隧道的围岩级别划分与变形的防治对策研究

6．1 引言

6．2 铁路土质隧道的围岩级别划分

6．2．1 铁路土质隧道围岩级别划分

6．2．2 围岩分级细化标准

6．2．3 围岩分级细化标准应用

6．3 膨胀性土质隧道的变形防治对策

6．3．1 隧道衬砌支护结构的设计原则

6．3．2 膨胀性土质隧道的变形防治

6．3．3 洞内外变形防治施工中的经验总结

6．4 小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

硕士期间参与的科研项目

硕士期间发表的论文

硕士期间申请专利情况