油气管道隧道穿越非饱和土力学特性与支护稳定性研究

摘要

在非饱和土（黄土和膨胀土）地层中修建油气管道隧道，由于黄土和膨胀土的特殊性，对隧道工程产生了严重危害。尤其是黄土的湿陷性、垂直节理和膨胀土的胀缩特性等工程特性，如果不妥善处理，支护措施不当或支护不及时，会造成围岩变形过大，支护结构破坏，影响工程进度。
　　本文通过大量文献查阅、数据采集整理，并采用室内试验和有限元数值模拟等手段，研究与总结了垂直节理对黄土隧道的影响和胀缩特性对膨胀土隧道的影响规律，主要研究内容如下:
　　(1)通过三轴压缩试验，研究非饱和土（黄土）在不同初始状态下的抗剪强度，探明含水量和干密度与黄土的抗剪强度的关系。
　　(2)黄土地层存在垂直节理，在隧道施工过程中，将会对隧道本身及地表沉降产生影响。基于有限元数值模拟方法，研究埋深较浅情况下，不同垂直节理密度和不同深度下的油气管道隧道围岩变形规律、地表变形规律和支护结构受力情况等。
　　(3)基于有限元方法，针对管道隧道断面研究开挖卸荷引起围岩及支护结构受力状态及其变化规律，探明不同施工工法、施工步序和围岩变形、支护结构受力状态的动态关系，形成能够确保工程安全和掌子面稳定的合适施工工法。
　　(4)基于膨胀土饱和度和体胀缩率之间的关系，采用有限元方法，考虑随含水率提高土体强度衰减的影响，研究不同埋深情况下膨胀土的胀缩特性对隧道围岩形变和支护结构受力特征的影响。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 问题的提出

1．2 国内外研究现状

1．2．1 管道隧道研究现状

1．2．2 非饱和土强度研究现状

1．2．3 黄土隧道研究现状

1．2．4 膨胀土隧道研究现状

1．3 研究内容和方法

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法

1．3．3 技术路线

第2章 黄土隧道围岩抗剪强度研究

2．1 问题的提出

2．2 黄土抗剪强度及其影响因素研究

2．2．1 含水量的影响

2．2．2 试验条件与方法的影响

2．3 黄土抗剪强度特性研究

2．3．1 试验方法

2．3．2 数据处理结果

2．3．3 潘涧河黄土抗剪强度参数与含水量和干密度的关系研究

2．4 本章小结

第3章 黄土隧道围岩变形和支护结构受力特征研究

3．1 问题的提出

3．2 工程概况

3．3 黄土管道隧道合理支护结构数值分析研究

3．3．1 三维数值计算模型

3．3．2 计算工况方案设置

3．3．3 初始地应力平衡

3．3．4 计算结果分析研究

3．4 本章小结

第4章 黄土管道隧道施工关键技术研究

4．1 问题的提出

4．2 隧道合理施工方法数值分析研究

4．2．1 计算模型

4．2．2 计算参数

4．2．3 计算工况方案设置

4．2．4 隧道不同施工方法下数值计算结果分析

4．3 本章小结

第5章 膨胀土隧道围岩变形和支护结构受力特征研究

5．1 问题的提出

5．2 膨胀土隧道计算设置

5．2．1 计算模型

5．2．2 计算参数

5．2．3 计算工况方案设置

5．3 饱和度变化

5．4 膨胀土隧道不同工况下数值计算结果分析

5．4．1 隧道围岩变形分析

5．4．2 围岩塑形区分析

5．4．3 锚杆轴向应力分析

5．4．4 支护结构内力分析

5．5 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间从事的科研项目