地质顺层偏压隧道施工力学研究

摘要

在山岭隧道修建过程中,有时隧道会穿越倾斜产状层状岩体,由于倾斜层状岩体在沿层面方向和垂直层面方向力学特性的差异,这类岩体不能视为各向同性岩体,为了明确隧道在层状岩体中开挖时力学特性,本文采用理论分析、数值模拟与模型试验相结合的手段,对这类岩体中隧道开挖后衬砌结构的力学行为进行了分析.论文首先分析了隧道偏压的成因、判别方法及研究现状,探讨了不同成因下围岩压力的计算方法.本论文通过室内相似材料模型试验,结合单线铁路隧道的特点,对V级围岩偏压衬砌进行相似模型试验.研究了顺层岩体中隧道衬砌结构受力特征.本文在各向异性岩体特征基础上,以岩体横观同性为假设条件,推导了横观同性岩体隧道围岩应力特征,并对隧道开挖在此类各向异性岩体中的破坏特征进行了研究,提出了隧道围岩稳定性控制措施,为隧道在此类岩体中开挖引起的隧道变形、坍塌等破坏提供理论依据与防止技术思路.本文以ANSYS通用有限元计算软件对层状岩体中隧道开挖的力学行为进行了数值模拟,为探讨地质偏压隧道合理衬砌结构形式,文中对对称结构和非对称结构偏压衬砌受力情况也进行了分析.论文最后结合渝怀铁路渔塘湾单线铁路隧道阐述了地质偏压隧道施工技术,为今后类似工程设计与施工具有一定参考价值.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1引言

1.2偏压隧道及施工力学研究现状

1.3本文研究内容及拟采用的研究方法

第2章地质顺层偏压隧道成因及围岩压力计算

2.1偏压隧道形成原因

2.2偏压隧道的判定

2.3地质顺层偏压隧道洞门形式

2.3.1洞门与洞口的界定

2.3.2洞门和洞口位置确定原则及方法

2.3.3重视洞门景观设计

2.3.4洞门形式

2.3.5隧道门土压力计算

2.4地质顺层偏压隧道围岩压力计算

2.4.1地形引起的偏压隧道围岩压力计算

2.4.2由地质构造引起偏压的检算

2.4.3基于荷载—结构模式地质偏压隧道围岩压力计算方法

2.4.4地质顺层偏压隧道围岩力学参数反演

第3章地质顺层偏压隧道衬砌结构模型试验

3.1模型试验基本原理

3.1.1相似条件与相似判据

3.1.2量纲分析法及π定理

3.1.3相似第三定理

3.2模型试验设计

3.2.1相似比的确定

3.2.2相似材料的配制及力学性能

3.2.3模型模拟范围的确定

3.2.4模型试验测试内容及测点布置

3.3模型试验过程

3.4试验结果分析

第4章层状岩体中隧道开挖的理论分析

4.1各向异性岩体力学模型假设条件

4.2横观各向同性隧道围岩的本构关系

4.3层状岩体中的隧道破坏特征与防止措施

第5章地质顺层偏压隧道施工力学的有限元数值模拟

5.1有限元分析的计算网格

5.2初始地应力场的数学计算模型

5.3隧道施工过程模拟

5.3.1隧道开挖过程模拟

5.3.2锚喷支护的模拟

5.3.3注浆小导管力学效果模拟

5.3.4模筑混凝土衬砌的模拟

5.4岩体材料的模拟

5.5顺层岩体介质非线性弹塑性本构关系有限元解析

5.5.1岩土介质常用屈服准则

5.5.2顺层岩体的流动法则

5.5.3顺层岩体的非线性弹塑性分析

5.6地质顺层偏压隧道施工有限元分析实例

5.6.1工程概况

5.6.2计算模型的建立

5 6 3计算工况

5.6.4计算结果分析

5.6.4非对称结构偏压衬砌施工力学分析

第6章地质顺层偏压隧道施工技术

6.1洞口施工

6.1.1洞口预加固

6.1.2超前预支护及初期支护

6.2施工方法

6 2 1隧道开挖

6.2.2衬砌施作

6.3监控量测

6.3.1监控量测项目

6.3.2量测部位和测点布置

6.3.3量测结果分析

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文