扁平大跨度黄土隧道基底应力特征研究

发布时间：2018-10-10 13:19

【摘要】：随着黄土隧道开挖断面和跨度的不断增大,黄土的湿陷性对隧道变形和受力的影响越来越突出,因此对黄土隧道的基底应力研究就显得尤为必要。在西北大多数区域内,黄土的各种结构特征表达较好,为此西北地区是我国黄土最具权威性区域。一般进行的山岭隧道开挖支护中,能更好的发挥围岩的自身稳定性能,最大限度的降低支护结构所受的应力,围岩开挖后可以允许其有少量变形收敛,将部分的应力可以释放。但这种情况在黄土地区较为不宜,因为其强度较低,自身的承载能力较差,对此进行的黄土的基底应力特征研究有较为最要的意义。本文以“兰秦快速路”的付家窑1#隧道为依托,以扁平大跨度黄土隧道为背景,采用室内试验、现场应力测试以及数值模拟手段来分析黄土隧道的围岩特性以及施工过程中围岩的基底应力和变形特征。论文的主要工作和成果如下:(1)通过对现场取样进行系统的室内试验,分析了黄土隧道围岩湿陷系数与压力的关系、增湿过程压缩变形性状以及湿陷性黄土的抗剪强度指标等特征,伴随着湿度与压力的变化,黄土湿陷变形的整个过程曲线由三段与两个转折点组成。在第一个转折点之前,代表结构强度发挥的阶段是压密阶段,结构所破坏的湿陷阶段在两个转折点之间,第二转折点之后则是新的结构形成的固结阶段,三阶段的发展变化因素主要是作用压力和增湿条件。这些实验为分析黄土隧道的围岩变形及受力奠定了基础。(2)通过扁平大跨度黄土隧道基底接触压力、基底土中应力的现场监测,并对监测数据进行分析,得出隧道仰拱与边墙结合部位的围岩压力与基底土中应力最大,基底接触压力最大达到197kPa,而基底土中应力最大达到79.21kPa,说明扁平大跨度隧道基底的受力关键部位位于边墙与仰拱的结合处。(3)隧道基底含水率的测试结果显示该隧道基底最大含水率为6%,表明测试断面基底黄土围岩含水率较低,有利于隧道基础的稳定,但是由于隧道施工过程的进行,支护结构周边围岩的含水情况可能会发生变化,因此需要对隧道基底含水率进行长期的监测。(4)通过围岩物理力学参数室内试验获取了围岩的相关力学参数,在此基础之上利用有限元数值模拟方法对隧道的整个开挖过程进行数值模拟,能够有效的分析围岩变形及受力特征。计算结果表明隧道开挖后最大拱顶沉降为19.4cm,最大水平位移为8.5cm;最终围岩最大竖向压应力为0.957MPa,最大横向压应力为0.556MPa,竖向无拉应力,最大横向拉应力为0.018MPa。(5)围岩应力随施工过程变化的研究表明,在CRD法施工过程中,由于各支撑结构将隧道开挖断面分隔成多个小的断面,具有很好的稳定性,围岩受到的竖向和横向力随施工阶段进行变化较小。结合现场测试断面传感器埋设时的实际情况,测试断面两端实际为加固后的复合地基,其整体刚度相对测试断面处原始地基的刚度大,最终会导致隧道基底接触压力,基底围岩中的实际应力相对偏低,其最终影响程度有待进一步分析,总结其影响程度。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U451

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本文编号：2261929