千枚岩隧道岩性及施工期结构受力变形机理研究

摘要

随着我国西部大开发战略的实施，以及交通事业的高速发展，在山区修建隧道将是不可避免的。在我国西南地区修建隧道，通过的地层地貌千差万别，面临的新问题也层出不穷。在陕西安康修建包家山隧道的过程中，出现了以往工程中很少见的千枚岩，千枚岩是一种遇水易泥化的软岩，除了具有其他软岩的共性，还有其本身特殊的性质，给工程带来了很多困难。在研究软岩隧道的过程中，除了研究其工程力学特性外，最重要的一点就是研究支护及预支护结构在软岩隧道中的作用机理和分析施工过程中围岩的稳定性。限于以往国内外对千枚岩的研究较少，本文采用了试验室试验和数值模拟相结合的方法，就千枚岩的物理力学性质和施工过程中的力学规律进行了研究，主要研究成果如下： （1）对千枚岩的物理力学性质进行了系统的试验研究，得出了研究千枚岩隧道的第一手参数。同时通过试验得出了千枚岩遇水的力学性质变化特征。并由此延伸提出了适合千枚岩的亚分级。 （2）采用数值模拟与现场试验数据相结合的理论联系实际的科学方法，提出了缜密的模拟方案，运用定性与定量相结合的方法，对不同的支护方式进行组合，通过大量的计算，对沉降、收殓、衬砌应力、围岩应力等因素进行综合考虑，比选出适宜千枚岩隧道的最优支护方式。并由此得出千枚岩动态施工过程中，所有支护构件的受力作用机理、变化规律和围岩稳定性特征。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

1 引言

1.1 问题的提出及选题依据

1.2 课题所依托的工程背景

1.3 国内外研究现状

1.3.1 隧道围岩及支护稳定性分析方法现状

1.3.2 隧道支护结构的理论与发展研究现状

1.3.3 软岩地层支护研究现状

1.3.4 千枚岩地层施工技术研究现状

1.4 需要进一步研究的问题

1.5 本文的研究思路和内容

1.6 本文的创新点

2 千枚岩工程特性研究

2.1 概述

2.2 干枚岩物理力学性质试验

2.2.1 试验方法和原理

2.2.2 试验过程与数据采集

2.2.3 试验结论

2.3 千枚岩工程性质

2.3.1 其他矿物成份对千枚岩性质的影响

2.3.2 试验数据与现场情况对照分析

2.4 千枚岩隧道围岩亚分级方法

2.4.1 千枚岩亚分级标准

2.4.2 影响千枚岩围岩亚分级的主要因素

2.4.3 千枚岩亚分级定性方法

2.4.4 施工阶段千枚岩亚分级的定量分析法

2.4.5 岩质围岩亚级修正方法

2.4.6 施工阶段岩质围岩亚级分级的数量化理论方法

2.5 千枚岩亚分级的施工现场判断和对应施工方法总结

2.6 本章小结

3 千枚岩地层施工期支护结构受力机理研究

3.1 富水千枚岩隧道超前支护机理

3.1.1 概述

3.1.2 超前注浆理论分析

3.1.3 数值模拟

3.2 千枚岩地层锚杆的作用机理及作用效果

3.2.1 概述

3.2.2 锚杆作用理论分析

3.2.3 数值模拟

3.3 施工过程围岩稳定性、支护结构的受力特征研究

3.3.1 概述

3.3.2 施工过程围岩稳定性、支护结构的受力特征

3.3.3 数值模拟

3.4 千枚岩地层初支与二衬接触压力的变化规律

3.4.1.概述

3.4.2.数值模拟

3.5 本章小结

4 千枚岩隧道现场监测试验研究

4.1 监控量测的目的

4.2 监控量测的内容与方法

4.3 监控量测断面及测点布置

4.3.1 监测段的选取

4.3.2 监测断面测点及元件布置情况

4.4 监测段元件的埋设情况

4.5 监测结果与分析

4.5.1 围岩压力

4.5.2 净空收敛

4.5.3 喷射混凝土应力

4.5.4 型钢拱架应力

4.5.5 纵向连接筋应力

4.5.6 锚杆轴力

4.5.7 监控结果分析

4.6 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

[参考文献]

作者简历