当前位置:主页 > 科技论文 > 路桥论文 >

隧道支护与围岩作用体系的力学特性研究

发布时间:2018-03-16 22:03

  本文选题:扰动效应 切入点:干预效应 出处:《北京交通大学》2017年博士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:近年以来,我国城市轨道交通、高速铁路、高速公路等交通基础设施进入了大规模建设期,作为交通工程的重要载体,隧道工程的建设数量大幅增加、施工难题层出不穷,隧道设计理论已经明显滞后于工程实践。对支护与围岩作用体系的力学特点的认识深度直接决定了隧道工程设计和施工的科学性、安全性及经济性。因此,论文采用数值模拟、理论分析、室内试验和统计分析方法对开挖扰动下围岩变形的时空演化规律、隧道围岩力学响应的三维理论分析方法和支护结构体系与围岩相互作用的力学机理进行了深入研究,阐明了隧道支护与围岩作用体系的力学演化过程及其基本特点,建立了一种新的支护结构刚度确定方法。主要的研究成果包括:(1)隧道开挖扰动效应是支护与围岩作用体系力学演化的根本动力,无论地层结构特性和围岩物理力学参数如何变化,围岩变形均会经历"变形加速→急剧变形→缓慢变形→变形稳定"的四个阶段,且隧道洞周围岩变形的演化过程具有显著的自相似特性,这是由隧道开挖效应叠加的周期特性决定的。隧道拱顶围岩变形是判断围岩安全状态的基准指标,通过对侧压力系数为1的围岩变形结果的拟合分析得到了隧道拱顶围岩纵向变形曲线的计算公式。(2)将地层视为无限大或半无限大弹性体,以释放应力模拟隧道的开挖效应,分别建立深埋和浅埋圆形隧道围岩力学响应的三维分析模型,基于Mindlin解推导了围岩应力和位移的积分计算公式,编制相应的计算程序,通过与数值模拟结果的对比验证了其正确性,并分析了掌子面应力释放和洞壁应力释放对不同位置围岩径向位移和轴向位移影响的大小和范围。(3)提出广义和狭义隧道结构体系的概念,阐明各类支护结构的干预效应及其在隧道施工力学演化过程中的核心作用。初期支护是围岩荷载的主要承载结构,应用了高强钢筋的格栅混凝土复合支护结构具有高强度和大变形的力学特性,尤其适用于特殊地质和软弱围岩隧道。在扰动效应和干预效应的共同作用下,围岩变形演化仍呈现出四阶段特性。(4)基于对围岩变形演化规律和支护-围岩相互作用力学机理的研究,结合对大量隧道监测数据的统计结果,凝练出隧道支护与围岩动态作用过程的基本特点,然后基于一致性、普适性和典型性的原则将隧道掌子面、初期支护施作和二次衬砌施作确定为三个关键节点,并将隧道支护与围岩的动态作用过程划分为四个典型阶段,分别阐述各个阶段的作用特点、关键问题和控制要点。(5)基于隧道支护与围岩相互作用的基本特点和围岩力学响应分析的三维力学模型,从隧道围岩的支护需求出发,建立了一种新的支护结构刚度确定方法。基于实际工程对易用性的要求,编制了包含各分析步骤重要参数的支护结构快速设计参考表。该方法具有便捷性、开放性的特点,其计算精度将随理论研究的深入和计算技术的进步而不断提高。
[Abstract]:In recent years, our country city rail transportation, high-speed railway, highway and other transportation infrastructure in the large-scale construction period, as an important carrier of traffic engineering, tunnel engineering construction quantity increase, the construction problems of the tunnel design theory has been emerge in an endless stream, lagged behind the engineering practice. The depth of understanding mechanical characteristics of surrounding rock and support system directly determines the scientific tunnel engineering design and construction, safety and economy. Therefore, using numerical simulation, theoretical analysis, laboratory tests and statistical analysis on the temporal and spatial evolution of the excavation disturbance of surrounding rock deformation, three-dimensional theoretical mechanics response analysis method of tunnel surrounding rock and supporting structure and surrounding rock interaction system the mechanical mechanism is studied, the tunnel surrounding rock mechanics and the system evolution and its basic characteristics, establish A new method to determine the stiffness of the support structure. The main results include: (1) the tunnel excavation disturbance effect is the fundamental motive force supporting system evolution and rock mechanics, no matter how the structural characteristics of strata and rock mechanics parameters, the deformation of surrounding rock are four stages "to accelerate the deformation history the sharp deformation and slow deformation, deformation and stability", and the evolution process of rock around tunnel deformation has obvious self similarity, which is decided by the cycle characteristics of tunnel excavation effect. The tunnel surrounding rock deformation is to determine the benchmark security status of the surrounding rock, the calculation formula of lateral pressure coefficient for fitting analysis the results obtained with the surrounding rock deformation of 1 Tunnel Surrounding Rock longitudinal deformation curve. (2) the apparent formation is infinite or semi infinite elastic body, to release the stress simulation of tunnel excavation effect, respectively. The 3D analysis model of deep and shallow buried circular tunnel surrounding rock mechanics response, Mindlin analytical solutions of surrounding rock stress and displacement integral formula based on the corresponding program is compiled, by comparing with the numerical simulation results verify its correctness, and analyzes the face stress release and wall stress release size the influence of different position of the radial displacement and axial displacement of surrounding rock and range. (3) proposed the concept of broad and narrow tunnel structure, the core effect of the intervention to elucidate the role of supporting structure in tunnel construction mechanics and its evolution process. The initial support is the main bearing structure of surrounding rock load, the application of high strength steel grille concrete composite supporting structure with high strength and large deformation of the mechanical properties, especially suitable for the special geological and soft rock tunnel. In the action of disturbance effect and intervention effect of the, The surrounding rock deformation evolution still shows the characteristics of four stages. (4) the deformation evolution and support rock interaction mechanism research on surrounding rock based on the combination of statistical results of a large number of tunnel monitoring data, summarizes basic characteristics of tunnel support and surrounding rock dynamic process, and then based on consistency, universality and the typical principle of tunnel face, initial support and the two lining is determined as three key nodes, and divides the dynamic effect of tunnel supporting and surrounding rock process for four typical stages, respectively on the characteristics of each stage, and the key control points. (5) three dimensional mechanics the model response analysis of tunnel support and surrounding rock and rock mechanics based on basic characteristics, starting from the tunnel surrounding rock support needs to establish a new method to determine the stiffness of the support structure. Based on the actual engineering for ease of use According to the requirement of sex, a reference table for rapid design of supporting structures, which contains important parameters of all the analysis steps, has been compiled. This method is characterized by convenience and openness, and its calculation accuracy will continue to improve with the deepening of theoretical research and the progress of computing technology.

【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:U451

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 李永刚;围岩弱化法及其工程应用的探讨[J];水利水电技术;1994年04期

2 杜静;;板裂围岩结构弯曲失稳分析[J];西部交通科技;2012年12期

3 傅鹤林,范臻辉,朱汉华,潘明军;板裂介质围岩中的隧道衬砌与围岩相互作用机理研究[J];公路交通科技;2003年05期

4 邓尚平,傅鹤林;板裂介质围岩中的隧道衬砌与围岩相互作用机理[J];采矿技术;2003年01期

5 姜云,李永林,李天斌,王兰生;隧道工程围岩大变形类型与机制研究[J];地质灾害与环境保护;2004年04期

6 王明年;刘大刚;刘彪;李海军;;公路隧道岩质围岩亚级分级方法研究[J];岩土工程学报;2009年10期

7 张钢;;碎裂结构围岩塌方控制因素分析[J];科技资讯;2011年01期

8 孙健家;;软弱浅埋隧道围岩大变形控制技术研究[J];安徽建筑;2014年01期

9 乔海兵;葛家良;;地下隧道围岩结构特性对注浆效果的影响[J];岩土工程界;2007年08期

10 李永林,冯学钢,姜云,何川;隧道工程围岩大变形及预测预报研究[J];现代隧道技术;2005年05期

相关会议论文 前4条

1 黄运飞;;关于围岩弱化的几个问题[A];第四届全国工程地质大会论文选集(二)[C];1992年

2 姜云;;隧道工程围岩大变形类型与机制研究[A];中国公路学会2004年学术年会论文集[C];2004年

3 张延庆;;钻开油层井眼围岩结构模拟研究[A];第三届全国结构工程学术会议论文集(下)[C];1994年

4 王士民;朱合华;蔡永昌;李晓军;;曙光反分析程序及其在工程中的应用[A];全国岩土工程反分析学术研讨会暨黄岩石窟(锦绣黄岩)岩石力学问题讨论会文集[C];2006年

相关博士学位论文 前10条

1 徐昌茂;基于围岩稳定性与超前地质预报的高铁隧道钻爆开挖工法转换条件研究[D];中国地质大学;2015年

2 郝杰;高地应力区隧洞施工期围岩质量评价及稳定性研究[D];新疆农业大学;2015年

3 于富才;隧道支护与围岩作用体系的力学特性研究[D];北京交通大学;2017年

4 房倩;高速铁路隧道支护与围岩作用关系研究[D];北京交通大学;2010年

5 刘大刚;公路隧道施工阶段岩体围岩亚级分级研究[D];西南交通大学;2007年

6 姜云;公路隧道围岩大变形的预测预报与对策研究[D];成都理工大学;2004年

7 李英杰;软弱深埋隧道围岩结构特性及支护荷载确定方法研究[D];北京交通大学;2012年

8 张哲;隧(巷)道开挖扰动区(EDZ)形成过程及机理的研究[D];东北大学;2007年

9 耿晓杰;深埋条件下隧道稳定性评价方法及应用研究[D];北京科技大学;2015年

10 代进;综放回采巷道围岩裂纹扩展与类板结构及其非均称控制[D];山东科技大学;2007年

相关硕士学位论文 前10条

1 覃媛;围岩与衬砌相互作用的隧洞力学分析[D];华北电力大学;2015年

2 徐伟;武深高速公路小方山隧道施工围岩—结构稳定性分析研究[D];重庆交通大学;2015年

3 蒲鸥;浅埋偏压隧道的围岩自稳性研究及工程应用[D];广西大学;2017年

4 龚书贤;层状围岩隧道力学特性及稳定性研究[D];重庆大学;2011年

5 刘彪;岩质围岩隧道的稳定性研究[D];西南交通大学;2008年

6 唐辉湘;散体围岩浅埋隧道的开挖与支护技术研究[D];长沙理工大学;2011年

7 曹君陟;围岩动载稳定性的数值模拟研究[D];山东科技大学;2005年

8 金昊;马尔康隧道围岩变形与稳定性研究[D];西华大学;2012年

9 熊亮;层状围岩隧道稳定性及锚杆支护参数优化[D];重庆大学;2010年

10 全健;各级围岩下隧道回填层合理刚度的区间分析[D];重庆交通大学;2013年



本文编号:1621836

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/daoluqiaoliang/1621836.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户ea735***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com