基于预应力锚索的主动支护技术在软岩隧道中的应用研究

摘要

随着西部交通大发展步伐的加快，隧道频繁穿越高海拔地区以及复杂岩层地区，出现了挤压作用下的软岩大变形现象，随之而来的围岩侵限问题突出，导致频繁的拆换拱现象。为应对大变形问题，需要从支护方式开始改变，而对支护方式的改变又需要先对软岩隧道中岩石力学性质以及相关参数进行深入研究以了解其变形机理，从而针对岩性变化情况设计相应的支护方案。　　本文以木寨岭公路隧道为依托，综合理论(文献内容以及数值模拟)及实践(现场试验)的方法，对软岩岩性变化条件下的隧道支护体系以及关键参数进行应用研究，形成如下成果：　　(1)综合文献调研分析及实验结果，对木寨岭隧道软岩在不同围压以及软化作用下岩石强度参数的变化进行了研究，并以此为基础探明了岩石力学参数在应力场和软化作用下的变化规律。　　(2)以(1)中变化规律为基础，对数值模拟软件中的本构模型进行了二次开发，得到了能符合岩性变化的本构模型，并使用优化改进后的模型与原先的模型进行开挖模拟对比，基于围岩变形特征以及塑性区差异分析验证了改进后的本构模型的适用性。　　(3)以圆形洞室为研究对象，基于改进后的本构模型，展开了主动支护技术下的等效支护力对于隧道开挖后围岩的变形特征以及塑性区变化的影响性分析，以洞周及深部变形、塑性区深度以及塑性区单元数量为指标对主动荷载的合理有效性进行了探讨。　　(4)以木寨岭公路隧道为依托，建立了以预应力锚杆(索)为主体的主动支护体系。并以围岩加固效果和洞周位移控制效果为指标，对预应力锚索长度、间距、以及组合方式等关键性参数进行研究，确定优化参数下的主动支护体系。　　(5)开展了以(4)中的预应力锚索为主体的主动支护体系现场试验段研究，依据被动支护方案和主被动结合的支护方案的洞周位移监测值对比，验证了以预应力锚索为主体的主动支护体系对于软岩大变形情况有很好的控制效果，具有实践的可靠性和有效性。

目录

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第1 章绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1 软岩定义及应力-应变曲线

1.2.2 软岩的支护研究现状

1.3 本文研究目标、内容、拟解决的关键问题

第2 章围压对软岩力学特性的影响性研究

2.1 围压对岩石强度参数和变形参数的影响

2.1.1 围压对岩石强度参数影响

2.1.2 围压对岩石变形参数影响

2.2 木寨岭碳质板岩在不同围压下的力学参数

2.3 本章小结

第3 章基于数值仿真的软岩隧道主动支护技术效用性研究

3.1 基于圆形洞室的主动支护数值模拟研究

3.1.1 仿真软件内置本构的二次开发

3.1.2 改进的本构的对比验证

3.2 基于改进本构的圆形洞室主动支护有效性数值模拟

3.2.1 主动支护对于围岩作用机理分析

3.2.2 模型建立及要点

3.2.3 计算结果及分析

3.3 本章小结

第4 章预应力锚杆（索）数值模拟研究

4.1 预应力锚杆（索）对围岩作用的理论

4.2 预应力锚杆（索）在木寨岭隧道设计模拟

4.2.1 数值模型概况

4.2.2 预应力大小研究

4.2.3 不同锚索长度研究

4.2.4 不同锚索间距研究

4.2.5 长短锚索组合方式研究

4.3 本章小结

第5 章软岩隧道中及时主动支护技术的现场试验研究

5.1 试验段基本情况

5.2 试验段方案设计

5.2.1 支护体系

5.2.2 施工方案

5.3 试验结果与分析

5.3.1 监测断面位移特征分析

5.3.2 变更前后断面位移数据分析

5.4 本章小结

第6 章结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

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