考虑蠕变特性的隧道围岩与衬砌结构相互作用规律研究

摘要

隧道工程的建造是百年大计，要求在此期间内保证隧道结构的安全可靠，而隧道围岩的蠕变特性是影响隧道结构安全性以及正常使用的重要因素，所以研究围岩蠕变特性对隧道衬砌结构受力特点的影响就显得尤为重要。针对上述问题，本文以唐家塬隧道为工程依托，对考虑蠕变特性的隧道围岩与衬砌结构相互作用规律进行了理论分析和数值模拟研究，得出以下结论：
　　1、总结分析了常用流变模型的流变特性和适用的岩体类型，就其模型特征进行了对比分析。结合唐家塬隧道变形监测数据，选择Burgers模型为该隧道围岩的蠕变模型。
　　2、采用位移反分析方法，以理论计算公式和实际监测数据为依据，对唐家塬隧道围岩的Burgers模型的蠕变参数进行了反演分析，获得了隧道围岩的蠕变参数。
　　3、将隧道围岩视为蠕变介质，且符合Buegers模型，将衬砌结构视为弹性体，利用“弹性—粘弹性”对应原理，推导了圆形隧道在二向不等压条件下围岩与衬砌间相互作用力随时间变化的解析解，进一步根据隧道设计规范关于衬砌安全系数的规定，得到了衬砌安全系数的粘弹性解。
　　4、利用“当量半径法”将唐家塬隧道转化为圆形隧道计算，得到了唐家塬隧道衬砌结构与围岩相互作用力随时间的变化规律，进一步分析衬砌安全系数，得到了唐家塬隧道衬砌结构安全系数在设计使用年限内的变化曲线。
　　5、应用FLAC3D数值模拟软件，对唐家塬隧道衬砌结构受围岩蠕变作用下的应力分布及变化特点进行了模拟。得到了相关结论：在隧道完成施工后的前10年中，隧道衬砌结构受到围岩蠕变特性影响相对明显，而在随后的10至40年内应力逐渐调整，之后是相对稳定阶段，虽然衬砌应力仍在增大，但增大速度很小。
　　6、对比分析了隧道衬砌结构各特征点处围岩压力以及安全系数的理论值和模拟值，结果表明理论值与模拟值虽然存在一定的差别，但其变化趋势和变化范围大体相当，证明了理论计算的适用性，并对实际工程具有一定的指导意义。

目录

声明

1 绪 论

1.1 选题的背景及研究意义

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.3 本课题采取的研究方案

2 岩土流变理论与模型选择

2.1岩土的流变性质

2.2流变模型理论

2.3 岩土流变模型比较分析

2.4蠕变模型选择

2.5 本章小结

3 蠕变参数反演

3.1位移反分析问题的提出

3.2参数反演基本原理

3.3理论值求解

3.4 工程实例

3.5本章小结

4 隧道衬砌结构粘弹性解析解

4.1弹性—粘弹性对应原理

4.2圆形隧道结构的弹性解

4.3圆形隧道结构的粘弹性解

4.5本章小结

5 围岩蠕变对衬砌结构的影响研究

5.1 FLAC3D简介

5.2模型建立

5.3自重应力求解

5.4隧道蠕变过程模拟

5.5模拟结果与理论值对比分析

5.6本章小结

6 结论与展望

6.1主要结论

6.2对今后进一步研究的展望

致谢

参考文献