沪昆高速铁路膨胀岩隧道底部稳定性分析

摘要

我国“十三五”规划中交通基础建设正处于稳步发展的阶段，铁路建设当然是重要的组成部分，沪昆高速铁路就是其中之一。铁路隧道底部变形是一个比较常见的灾害，其对列车运营造成较大的影响。对于这类问题需要进行深入的研究才能找出根本原因并加以解决。
　　隧道底部结构隆起变形的机理分析需要考虑的因素比较多也非常复杂，膨胀性岩层就属于原因之一，当今对于这种问题的解决方法仍缺乏合理的力学分析基础，因此，对高速铁路隧道底部结构隆起变形的研究及相应的解决方法具有重要意义。
　　本文首先对国内外因底部隆起而变形的铁路隧道案例进行调查分析，然后以沪昆高铁岗乌隧道为背景，通过试验及数值模拟的方法对膨胀性岩石进行分析，并与实际调查监测进行对比，进而得出相应的结论:
　　(1)通过收集资料和论文查找，梳理了有关膨胀性岩石试验等发展历程并列举有关案例对遂道底部隆起的主要原因进行分析，主要有围岩性质、仰拱特征及其他外部因素。
　　(2)收集有关沪昆高速铁路岗乌隧道的地质、水文资料，根据中铁二院有关岗乌隧道勘察报告初步得出病害的相关原因，通过钻孔取样整理出岗乌隧道底部岩层岩性及深度情况。
　　(3)对取出岩样进行重塑样室内试验，包括自由膨胀率试验、有侧限无荷膨胀率试验、膨胀力试验及崩解试验，得出最大自由膨胀率为44.7％;有侧限的无荷膨胀率随试样含水率的增大逐渐减小，随着试样密度的增大逐渐增大;在两组含水率分别为5.31％、8.99％的试样试验中，膨胀力随试样密度的增大而增大，最大膨胀力为119.24kPa，而且试样含水率越大对应的膨胀力越小;在所做11个试样发生崩解的有5个且蒙脱石含量均超过9％，可见蒙脱石含量越大对岩石崩解的发生影响越大;对加工12个试样分别进行单轴压缩试验及劈裂试验，获取试样弹性模量、泊松比等力学参数。最后初步判断部分岩样具有弱膨胀性。
　　(4)在室内试验数据的基础上，根据试验所得参数利用有限元软件ANSYS进行数值模拟，得出隧道底部竖向位移随着膨胀岩层厚度的增加而增大，随着膨胀岩层的埋置深度的增大而减小，随着仰拱益率半径的增大而增大，随着仰拱厚度的增大而减小。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状及工程案例

1．2．1 膨胀岩的分类

1．2．2 膨胀岩试验研究

1．2．3 工程案例介绍

1．3 研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

2 岗乌隧道工程介绍

2．1 隧道概况

2．1．1 工程地质概况

2．1．2 水文地质概况

2．1．3 不良地质及特殊岩土

2．2 岗乌隧道病害调查情况

2．2．1 隧道上拱病害情况

2．2．2 隧道病害段地质勘查情况

3 岗乌隧道膨胀岩微观及胀缩特性试验

3．1 矿物成分微观结构试验

3．1．1 岩样薄片鉴定

3．1．2 X射线衍射分析

3．1．3 扫描电镜分析

3．2 胀缩特性试验

3．2．1 原状样与重塑样区别

3．2．2 自由膨胀率试验

3．2．3 无荷膨胀率试验

3．2．4 膨胀力试验

3．2．5 崩解试验

3．3 强度试验

3．4 膨胀性综合判别

3．5 本章小结

4 岗乌隧道数值模拟分析

4．1 ANSYS软件介绍

4．1．1 ANSYS的认识

4．1．2 ANSYS的解析步骤及分析流程

4．2 分析模型与计算参数

4．2．1 有限元模型建立

4．2．2 模型参数选取

4．3 隧道在不同工况下数值稳定分析

4．3．1 膨胀岩赋存状态及工况选择

4．3．2 膨胀岩对不同曲率仰拱隧道的影响

4．3．3 膨胀岩对不同仰拱厚度隧道的影响

4．4 本草小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

作者简介