山岭隧道高陡边坡防落石棚洞结构形式研究

摘要

近年来，国家对西部地区的投入越来越大，西部经济也在飞速发展之中。然而，西部地区落后的交通状况也渐渐制约着其经济的进一步提升。要解决这个问题，势必要修建越来越多的铁路和公路交通。但是，在山岭重丘地形的西部地区修建交通线路将面临更多的山区自然灾害，高陡地形下危岩落石便是其中之一。棚洞作为防御危岩落石灾害的一种有效措施，正在发挥着越来越重要的作用，它的应用范围也在不断地扩展。面对复杂多变的地形地势，如何选择最适合实际工程的棚洞形式也是目前的研究重点。
　　 在已有的关于落石与棚洞的研究成果上，本文总结归纳了落石的定义、落石的产生因素，以及落石在发生后运动轨迹的理论推导公式。通过公式可算出落石的移运距离，再结合现有的5种落石冲击力计算的方法，可以从理论上得到隧道洞口段棚洞的需求尺寸及抗冲击强度。
　　 本文结合实际工程背景，通过理论计算和数值模拟，分析了山岭隧道洞口段不同形式的棚洞在不同荷载条件下的荷载响应。通过对比结构位移和应力分布情况来分析结构的合理性，最终认为拱墙形棚洞具有良好的承载效果。同时，考虑到棚洞自身通风照明效果，认为可在棚洞形式上进一步优化。从数值模拟的结果来看，在一定的荷载条件下，边墙位置设置合适开口的拱墙棚洞与封闭拱墙棚洞在承载能力上区别很小，开口棚洞完全可以替代封闭棚洞，同时具有更好的经济性。
　　 本文还对确定的棚洞结构进行了地震安全性分析，认为该棚洞在汶川地震中能够处于较安全状态。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 棚洞的基本介绍

1．1．1 棚洞的概念及功能

1．1．2 棚洞的主要型式

1．2 棚洞的发展及研究现状

1．2．1 国内外棚洞的发展现状

1．2．2 国内棚洞的研究现状

1．3 落石冲击的研究现状

1．4 本文的研究背景、内容和方法

1．4．1 研究背景

1．4．2 内容和方法

第2章 落石的运动分析及冲击计算

2．1 概述

2．1．1 落石的定义

2．1．2 落石形成的地质条件及诱发因素

2．2 落石的运动分析

2．2．1 落石的运移距离

2．2．2 落石的起始运动

2．2．3 落石运动分析的基本假设

2．2．4 落石的运动路径计算

2．3 落石的冲击力计算

2．4 小结

第3章 隧道出口棚洞形式比选

3．1 工程概况

3．1．1 隧道概述

3．1．2 地形地貌

3．1．3 地质构造及地震动参数

3．1．4 水文地质特征

3．2 隧道出口棚洞形式数值模拟

3．2．1 数值模拟内容

3．2．2 数值模型

3．3 数值模拟结果分析

3．3．1 竖向荷载计算结果对比分析

3．3．2 横斜向荷载计算结果对比分析

3．3．3 纵斜向荷载计算结果对比分析

3．3．4 对比分析结果

3．4 小结

第4章 考虑棚洞通风照明的形式优化

4．1 棚洞的通风照明

4．2 棚洞结构优化的数值模拟

4．2．1 模型建立

4．2．2 模拟结果及分析

4．3 小结

第5章 棚洞的地震安全性分析

5．1 棚洞的模态分析

5．2 棚洞的地震响应

5．3 小结

结论与建议

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参与科研项目