大型高边墙地下洞室施工稳定性及方案优选研究

摘要

随着我国经济的迅速发展，越来越多的大型地下厂房、特殊用途国防工程等地下工程项目进入施工和规划阶段。其中大多数地下工程都修建于围岩级别较高的岩体中。然而，如何准确的选取岩体的强度参数一直是国内外研究的重点课题，岩体强度的准确性直接关系到工程的经济性和安全性。我国的水电厂房和某些特殊地下洞室有规模大、高边墙的趋势，许多公路隧道有大跨度的趋势。地下洞室工程的迅猛发展，要求寻求快速、安全的施工方案，以适应未来地下工程发展的方向。
　　 本文研究了地下洞室岩体力学参数的快速合理的选取方法。运用槐树坪隧道现场测量的岩体现场资料，对比研究了在国际上具有一定影响力的岩体强度经验公式。将其得到的岩体强度参数与我国《GB50218-94》规范值相比较，得到Yudhbir公式计算的岩体强度参数与规范值最为接近。可以将该方法作为地下洞室岩体力学参数选取的辅助方法。
　　 本文采用FLAC3D计算软件模拟研究了不同大型高边墙地下洞室施工方案的围岩变形、应力和塑性区分布状况。得到了多层耦合法施工方案可以运用于高边墙地下洞室开挖施工的结论。进一步研究了多层耦合法施工方案对于不同围岩质量的适应性，以及在构造应力场作用下，采用该方案施工时围岩的位移、应力和塑性区分布规律。研究表明，围岩质量和构造应力场对多层耦合法施工方案影响较大，该方法适应于Ⅲ级以上围岩，尽量避免在高地应力地区修建大型地下洞室，同时注意选择有利于地下工程的最大主应力方向。最后，研究了多层耦合法施工方案，在不同围岩条件下的某些具体参数，对施工过程中围岩稳定性的影响。得到了该施工方案的适宜围岩条件、某些设计参考参数和支护措施。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 岩体强度参数

1.2.2 高边墙地下洞室施工方案

1.2.3 数值计算方法

1.3 论文研究目标

1.4 主要研究内容和方法

第二章 地下洞室的岩体强度参数选取方法

2.1 前 言

2.2 岩体强度参数确定方法

2.3 岩体强度计算

2.3.1 工程背景概况

2.3.2 岩石抗压强度

2.3.3 巴顿岩体质量指标(Q)分级

2.3.4 岩体地质力学指标值(RMR)分级

2.3.5 围岩强度预测结果及分析

2.4 结论

第三章 地下洞室数值计算的基础理论研究

3.1 地下洞室施工力学基本理论

3.1.1 地下洞室施工力学基本概念

3.1.2 地下洞室施工力学的基本原理

3.1.3 地下洞室施工的力学效应

3.2 地下洞室的变形基本理论

3.2.1 地下洞室围岩变形

3.2.2 地下洞室围岩变形的影响因素

3.3 洞室支护或预加固措施模拟

3.3.1 锚杆支护的力学模拟

3.3.2 喷射混凝土的力学模拟

3.3.3 衬砌混凝土的力学模型

3.4 结论

第四章 FLAC3D计算基本原理

4.1 FLAC3D计算程序简介

4.2 FLAC3D的基本原理

4.2.1 空间导数的有限差分近似

4.2.2 运动方程

4.2.3 应变、应力及节点不平衡力

4.2.4 阻尼力

4.2.5 计算循环

4.3 F1AC3D的特点

第五章 大型高边墙地下洞室的施工方案研究

5.1 引言

5.2 大型高边墙地下洞室的施工方案

5.2.1 方案介绍

5.3 某高边墙地下洞室模拟研究

5.3.1 某高边墙地下洞室工程概况

5.3.2 某高边墙地下洞室断面设计概况

5.3.3 计算模型的建立

5.4 施工方案

5.4.1 分层逆作法施工方案

5.4.2 多层耦合法施工方案

5.5 数值计算结果及分析

5.5.1 围岩变形

5.5.2 围岩应力

5.5.3 塑性区分布

5.6 结论

第六章 多层耦合法施工方案研究

6.1 引言

6.2 围岩质量对多层耦合法施工方案的影响

6.2.1 计算模型介绍

6.2.2 数值计算结果及分析

6.3 构造应力场对耦合法施工方案的影响

6.3.1 计算方案介绍

6.3.2 计算结果及分析

6.4 多层耦合法施工方案安全性研究

6.4.1 比较方案介绍

6.4.2 计算模型

6.4.3 计算结果及分析

6.5 结论

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

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