基于离散-连续耦合方法的黄土隧道压力拱效应研究

发布时间：2020-08-08 23:33

【摘要】：在黄土高原地区的道路建设过程当中,修建了大量的黄土隧道。本文通过对隧址区环境地质条件进行分析,基于压力拱相关理论、连续方法及离散-连续耦合方法的原理,以杜家坪隧道为实际依托工程,运用连续方法对黄土隧道开挖阶段围岩的变形规律和压力拱的形成过程进行了初步分析。在此基础上,运用离散-连续耦合方法建立了不同围岩等级和埋深下的黄土隧道开挖模型,进一步研究了应力场和位移场的变化规律,从细观角度分析了压力拱的形成规律,得到的主要结论有(1)隧道开挖后,围岩应力发生重分布,在隧道周围产生了明显的应力集中现象,在拱顶位置发生了沉降变形,而在拱脚位置发生了隆起变形,并且这种现象离隧道越近越明显(2)压力拱的内边界的位置为开挖后最大主应力极大值出现的地方,压力拱外边界的位置为水平应力和垂直应力的交点,但此判定方法并不适用于所有的应力路径。(3)隧道开挖后,拱顶和拱脚部分区域接触力较低,拱腰部分区域接触力较大。在开挖之前力的传递路径以竖直方向为主,而开挖之后方向发生了偏转。(4)当隧道埋深较浅时,压力拱现象不是很明显。当埋深达到50m左右,可以明显的观察到压力拱出现,随着埋深继续增加,压力拱的形式基本不再发生变化。(5)地表最大沉降值产生在隧道纵向轴线的正上方,其形式接近正态分布曲线。围岩条件的改变对地表的沉降值的大小和影响距离都有一定的影响。(6)随着围岩条件逐渐变差,所对应的压应力的范围和值也在不断地减小,压力拱的影响范围也会变小。当围岩条件越好时,压力拱的范围越大。
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U456.3
【图文】：

趋势图,城市轨道交通发展,趋势

1.1 研究背景及研究意义1.1.1 选题背景近些年来，我国的经济实现了跨越式发展，城镇化进程不断推进。城市与城市之间的联系越来越紧密，对于交通行业的挑战也越来越大。根据相关统计，在 2018 年以前我国铁路营业总里程达 12.7×104km，较上年增长 24%，其中高铁营业总里程占 2.5×104k铁路网密度 132.2km/104km2，较上年增加 3.0km/104km2。同年，公路总里程达到477.35×104km，较上年增加 7.82×104km。公路网密度 49.72km/102km2，较上年增加0.81km/102km2[1]。我国幅员辽阔，国土总面积可达 963×104km2，位居世界第三。由于地质条件复杂在某些区域以路为主的建设模式往往难度巨大，只能用桥隧来代替。根据统计，在 201年以前，我国共修建了 12404 座公路隧道，总长度达到 10756.7km。在 2016 年以前，13411 座铁路隧道正式投入运营，总长度达到 13038km，其中 3784 座在建，合计 8692km[2城市轨道交通的发展也日益增长，截止至 2014 年底就已提前实现 2015 末路线总长度3000km 的目标，其中大部分为地下工程。近年来城市轨道交通发展趋势如图 1.1 所示

月平均气温,气象水文,互通式立交桥,延安市

互通式立交桥 7 座、跨线桥 1 座，隧道 13 座。延-延高速公路的具体地理位置，见图 2.1。图 2.1 交通位置图2.1 气象水文延安市 3－5 月为春季，6－8 月为夏季，9－11 月为秋季，12 月－次年 2 月为冬季。春季干燥少雨，气温回升迅速，气候多变，有大风、扬沙天气。季内降水占年总量的 17%，3 月平均气温 4.5℃，5 月平均气温 16.9℃，最高可达 36.5℃

气象要素图,延安市宝塔区,月平均

平均气温-6.4℃，极端最低气温-25.4℃，相对湿度平均为 54%－60%。气象资料如图2.2 所示：图 2.2 延安市宝塔区月平均气象要素图延安市降水量全年分布不均匀，多集中夏季，且多暴雨，强度大，10 月至次年 5 月仅占年总量的 29%。近些年来 7 月份的降水量明显上涨，尤其是在 2013 年 7 月，打破了 1961 年来的最高纪录（图 2.3）。图 2.3 延安 7 月份降水量变化图宝塔区境内水系主要为延河，是宝塔区内的最大河流，为黄河一级支流，其沟谷深切，支沟密布，形成了地形破碎，沟壑纵横的地表水系网。延河发源于靖边县天赐湾乡周山，全场286.9km，流域面积7725km2，在河庄坪乡李家湾流入，于甘谷驿镇西沟门村流出，境内流长约62km，流域面积2203.685km2

【参考文献】