层状与非均质岩体中隧道围岩变形和衬砌结构力学特性研究

摘要

在复杂山区铁路隧道修建过程中经常要遇到层状岩体和软硬非均质岩体。本文以此为背景，对层状岩体和软硬交界岩体中隧道变形和破坏模式进行研究。采用有限元数值方法对层状岩体、非均质岩体中隧道围岩稳定性和支护结构受力特性进行分析，研究的主要内容包括:
　　针对层状围岩的结构性质，分别建立岩层层面倾角为0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°和层面间距为1m、2m、3m、4m、5m的不同工况进行数值计算，对隧道开挖后围岩的变形、应力分布、塑性区分布状况以及支护结构内力和安全系数进行分析。得出倾角岩层面倾角与岩层面间距对隧道稳定性的影响较大的结论。
　　针对软硬不均围岩所具有的变形特征，分别建立软硬岩交界面倾角为0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°和交界面两侧软硬岩不同位置的多个工况进行数值计算，对隧道开挖面穿越软硬岩交界面时围岩的变形、应力分布特征以及支护结构内力和安全系数进行分析。得出软硬岩非均质岩体隧道稳定性主要受软岩控制的结论。
　　对处于层状岩体中的郑万铁路荣家湾隧道施工过程中围岩变形特性进行分析，并以此提出通过改变初期支护中锚杆的布设方式来控制围岩的变形。

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 地形偏压隧道研究现状

1．2．2 地质偏压隧道研究现状

1．2．3 非对称支护结构研究现状

1．3 主要研究内容、技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

第2章 地质偏压隧道围岩变形破坏模式分析

2．1 概述

2．2 围岩常见破坏模式分析

2．3 层状岩体隧道稳定性分析

2．3．1 层状围岩洞室轴向与岩层产状的相关性

2．3．2 层状岩体结构分类

2．3．3 层状岩体破坏模式分析

2．3．4 层状岩体破坏模式弹性本构分析

2．4 非均质岩体隧道稳定性分析

2．5 本章小结

第3章 层状岩体隧道围岩应力及衬砌结构受力特性数值分析

3．1 概述

3．2 顺层围岩层面倾角对隧道偏压影响分析

3．2．1 模型建立及参数取值

3．2．2 围岩变形分析

3．2．3 围岩应力分析

3．2．4 围岩塑性区分析

3．2．5 衬砌结构内力分析

3．3 顺层围岩层面间距对隧道偏压影响分析

3．3．1 模型建立及参数取值

3．3．2 围岩变形分析

3．3．3 围岩应力分析

3．3．4 围岩塑性区分析

3．3．5 衬砌结构内力分析

3．4 本章小结

第4章 非均质地层隧道围岩及衬砌受力特性数值分析

4．1 概述

4．2 模型建立与参数取值

4．2．1 模型建立

4．2．2 参数选取

4．3 围岩变形分析

4．4 围岩应力分析

4．5 衬砌结构内力分析

4．6 本章小结

第5章 工程实例与隧道支护措施优化探讨

5．1 概述

5．2 工程背景

5．2．1 工程概况

5．2．2 地层岩性

5．2．3 地质构造

5．3 荣家湾隧道数值模拟

5．3．1 模型建立

5．3．2 计算参数

5．3．3 围岩变形分析

5．3．4 围岩应力分析

5．4 隧道支护措施优化探讨

5．4．1 优化方案

5．4．2 结果对比分析

5．5 本章小结

结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和参与的科研项目