基于压力拱理论及应力释放率的隧道围岩稳定性研究

摘要

隧道的开挖过程中，隧道周围的岩体应力状态随即发生改变。压力拱效应的形成对隧道的自稳能力以及隧道的深、浅埋划分有着决定性作用，这也是对于软弱或具有流变性质的围岩，隧道支护结构设计中围岩应力释放率的选择的一个重要的参考。本文采用数值方法，研究了隧道结构设计参数、工程地质条件、压力拱效应以及围岩应力释放率之间的内在关系，具体内容如下：
　　（1）以京新高速金盆湾隧道为工程依托，描述了隧道施工过程中的压力拱效应，采用应力路径分析方法，给出了隧道压力拱的定义和内、外边界的确定方法。
　　（2）通过MIDAS/GTS数值模拟，定量地研究了隧道埋深、隧道跨度、围岩力学参数、隧道围岩分层、施工过程等因素对压力拱的影响规律。从数值结果可以看出，若要形成压力拱效应，隧道存在临界成拱埋深，在既定地质条件下，隧道跨度是影响临界成拱埋深的最大因素。
　　（3）以隧道能否性形成有效的压力拱为依据，给出了金盆湾隧道压力拱临界成拱埋深，进行了深、浅埋的判定与划分，通过与测量数据对比，为隧道的动态设计和施工提供了一定的参考。
　　（4）采用MIDAS/GTS软件建立了金盆湾隧道的三维计算模型，分析了围岩应力释放率对压力拱效应、隧道变形及支护结构受力的影响。结果表明：对于金盆湾软弱围岩隧道，初次应力释放率是影响开挖过程中围岩稳定性的重要因素。

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1 绪 论

1. 1研究背景及意义

1. 2国内外研究现状

1. 3研究内容

2项目依托及隧道围岩压力拱理论

2. 1工程概况

2. 2围岩压力拱理论

2. 3本章小结

3 金盆湾隧道压力拱数值模拟

3. 1采用数值方法进行研究

3. 2基本假设

3. 3压力拱边界的确定

3. 4压力拱边界判定

3. 5本章小结

4 金盆湾隧道压力拱形成规律研究

4. 1金盆湾隧道既定围岩的压力拱的影响要素研究

4. 2金盆湾隧道单一围岩中压力拱规律研究

4.3 金盆湾隧道分层围岩中压力拱规律的研究

4. 4金盆湾隧道施工工法对压力拱的影响

4. 5金盆湾隧道深、浅埋判定方法

4. 6深、浅埋支护结构与监测分析

5 基于应力释放率下的金盆湾隧道稳定性研究

5. 1隧道外边界成拱埋深分析

5. 2隧道周边位移

5. 3支护结构的受力分析

5. 4本章小结

6 结论与展望

6. 1结论

6. 2展望

参考文献

致谢