圆形浅埋暗挖隧道破裂角及破坏模式研究

摘要

近年来，随着我国经济的快速发展，城市化进程的加速，国家在地铁建设等基础交通设施方面的投入不断加大，出现了许多浅埋隧道工程，因此对于浅埋隧道基础理论方面的研究越来越受到重视。目前关于隧道围岩稳定性方面的科研成果主要还是集中于埋深较大的隧道，而浅埋隧道围岩条件较差、覆土深度过小，很难稳定成拱。所以在浅埋隧道领域的围岩稳定性研究以及围岩压力计算方面并不能直接应用深埋隧道的相关理论，对于浅埋隧道的研究有待于进一步完善和加深。因此，本文应用数值模拟的方法，基于应变软化模型，对浅埋隧道的破坏进行分析研究，主要研究内容如下:
　　(1)通过改变埋深以及围岩参数，计算不同参数条件下隧道破裂角的大小，并分析各因素对破裂角的影响。
　　(2)通过分析地层变形以及裂缝的扩展，研究浅埋隧道围岩破坏的形式，确定不同埋深、不同土体强度对于围岩破坏模式的影响。
　　(3)进行不同破裂角计算方式的比对，研究不同计算方式间的差异及优劣情况。
　　(4)运用曲线拟合的方式，研究隧道塌落体及滑裂面的几何形状;通过拟合曲线分析各种因素对塌落体面积的影响，并总结相关规律。
　　主要结论如下:
　　(1)埋深、弹模、摩擦角、以及粘聚力，对破裂角都具有显著的影响。表现为:破裂角随着埋深的增大而减小，随着弹模、摩擦角、粘聚力的增大而增大。
　　(2)在浅埋隧道中，埋深越大、围岩越软弱，破坏影响范围就越大，破坏面的数量也越多，并且上覆土体更加破碎，在塌落体内部形成许多交叉状的剪切破坏面。同时围岩条件越差，隧道开挖后围岩破坏的过程越激烈，破坏时地表沉降值也越大。
　　(3)随着围岩强度的提高，塌落体体积将逐渐减小，并且围岩有成拱的趋势。塌落椭圆的长、短轴与隧道埋深具有一定的线性关系;而塌落椭圆的面积与隧道埋深的变化关系则趋近于一条二次曲线。
　　(4)对于埋深较大的隧道，围岩破坏从开始到最终稳定，这过程中经历了多个暂时稳定阶段，从一个稳定阶段到下一个稳定阶段是一个渐进的过程。整个破坏的扩展过程具有渐进性和阶段性。

目录

声明

致谢

摘要

1．绪论

1．1 研究背景

1．2 事故产生原因分析

1．3 隧道破裂角的定义

1．4 国内外研究现状

1．5 研究意义

1．6 主要研究内容

2．浅埋隧道破坏相关理论

2．1 深浅埋隧道的划分

2．2 浅埋隧道破坏类型

2．2．1 局部破坏

2．2．2 整体破坏

2．3 破裂角经典公式及新公式的推导

2．3．1 经典太沙基解

2．3．2 新破裂角公式推导

2．4 隧道失稳椭球体

2．5 应变软化本构关系

2．6 模型的建立及参数选择

2．6．1 模型尺寸及边界条件

2．6．2 单元强度的非均匀化

2．6．3 模型单元破坏的判定与分析

2．7 本章小结

3．隧道开挖数值模拟分析

3．1 埋深对隧道破坏的影响

3．1．1 埋深对破裂角的影响

3．1．2 埋深对隧道破坏模式的影响

3．2 弹模对隧道破坏的影响

3．2．1 弹模对破裂角的影响

3．2．2 弹模对隧道破坏模式的影响

3．3 摩擦角对隧道破坏的影响

3．3．1 摩擦角对破裂角的影响

3．3．2 摩擦角对隧道破坏模式的影响

3．4 粘聚力对隧道破坏的影晌

3．4．1 粘聚力对破裂角的影响

3．4．2 粘聚力对隧道破坏模式的影响

3．5 两种不同计算方式的对比

3．6 本章小结

4．隧道开挖塌落体分析

4．1 对于不同方式统计塌落体面积的分析

4．2 隧道破坏滑裂面的曲线拟合

4．2．1 埋深对塌落椭球体的影响

4．2．2 弹模对塌落椭球体的影响

4．2．3 摩擦角对塌落椭球体的影响

4．2．4 粘聚力对塌落椭球体的影响

4．3 围岩破坏的阶段性变化

4．4 本章小结

5．总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

作者简历

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