顺层偏压隧道变形特征及控制措施研究
发布时间：2021-01-11 23:37
由于岩层的顺层分布往往会引起隧道出现地质偏压现象,而这种情况下围岩和支护结构的变形受力相对于非偏压隧道来说较为复杂,特别是层理分布数量多、间距小时,影响结果更加明显,通常会使支护结构出现严重的变形破坏和掌子面垮塌现象。因此,对顺层偏压隧道在施工过程中围岩与支护结构的变形受力特征的研究就变得尤为重要。本文依托中老铁路玉溪至磨憨段勐松2号隧道顺层偏压部分为工程研究对象,在现有理论研究的基础上,采用数值模拟分析和现场监控量测相结合的方法,对顺层偏压段支护结构和围岩的变形受力特征进行研究,并提出了针对顺层偏压隧道的支护结构优化方案,主要研究内容和结论包括以下几个方面:（1）分析了节理岩体的等效模型和力学行为以及顺层偏压隧道围岩压力的计算方法。（2）对顺层偏压段制定现场监测方案、安装监测仪器和数据整理来研究围岩和支护结构的变形受力情况,研究结果表明:下台阶开挖前初期支护的变形量占总变形量的70%,拱腰位置水平收敛最大值为217.3mm,围岩压力在空间上呈“右大左小”的分布形式,钢拱架应力在空间上表现为“上大下小”和“右大左小”分布特点,上台阶围岩应力比下台阶大且支护结构的受力与变形不耦合,出现结...
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
开挖掌子面
兰州交通大学工程硕士学位论文-29-根据上表初支监控量测资料显示，最大拱顶累计沉降为326.7mm（DK419+627处），最大边墙累计水平位移为380.6mm（DK419+622处S1测线）。该已开挖段在施工过程中出现不同程度的拱部初支钢架扭曲、折断、喷砼剥落现象，具体情况见图3.5。图3.5勐松二号隧道DK419+627~+603段拱部初支喷砼剥落、钢架扭曲、折断现场对DK419+603~+628段初支变形侵限段进行径向注浆加固后，采用全环I22a钢架进行逐榀换拱作业。钢架置换过程中及钢架置换完成后，根据现场实测监控量测数据显示，该段拱顶最大累计沉降量为60.9mm（DK419+619断面处），变形速率小于5mm/d；边墙最大累计收敛变形为57.4mm（DK419+619断面S2测线）置换拱架后，初支变形处于基本稳定状态。
顺层偏压隧道变形特征及控制措施研究-46-图4.1Mohr-Coulomb破坏准侧由B点到C点的拉应力屈服函数的定义为、、,其中为摩擦角、c为粘聚力、为材料的抗拉强度，并且强度不能超过。4.1.2节理建模方法的选取在使用数值模拟软件分析岩层问题时面临如何建立岩层与岩层之间的接触是得到正确计算结果的重要之处，当前对岩层接触面的模拟很多方法[53-54]，但是对于岩体中存在软弱夹层的情况，一般有两种模拟方法[55]：一种是用非常薄的实体单元划分网格来模拟厚度相同的节理，此时软弱夹层厚度非常小，成为网格划分成为建立模型的困难所在，这种情况会导致网格划分后单元节点过多，求解出现困难。另一种方法是使用接触单元法来模拟没有厚度岩体节理，由于节理使用施加在相邻实体单元上的一层接触面单元来模拟，这种情况下不会出现对实体的网格划分方面的困难，但是建模的过程相对繁琐，计算时接触单元的参数选取困难。相对于用软弱夹层实体单元模拟来说，接触单元有自身的优点，但是在使用接触单元来模拟岩层节理面时，当在无初始渗透的情况下，两个相邻接触面之间的距离为零，这会导致出现与两个相邻接触面有共节点的结构单元的长度也为零的情况，而在有限元数值分析中所有单元的尺寸都必须大于零的条件相冲突，使得求解没法按正常的过程进行下去。所以在本章及后续章节的顺层岩体模拟中都使用软弱夹层实体单元来模拟顺层偏压隧道的节理。4.1.3建立模型(1)建模说明1)本次计算不考虑由于地形和工程施工原因引起的隧道偏压作用的影响，所以取上地层表面为水平面。
【参考文献】：
期刊论文
[1]正交体系下滑坡与滑体以下隧道相互作用研究[J]. 叶浩,张科. 公路. 2019(12)
[2]层状结构岩体变形的各向异性特征分析[J]. 李深圳,沙鹏,伍法权,伍劼. 岩土力学. 2018(S2)
[3]软硬互层状岩体的室内单轴压缩试验及数值模拟[J]. 李昂,邵国建,苏静波,刘君成,孙阳. 河海大学学报(自然科学版). 2018(06)
[4]频发微小地震作用下顺层岩质边坡的振动台模型试验与数值分析[J]. 刘树林,杨忠平,刘新荣,刘永权,胡元鑫,吴祖松. 岩石力学与工程学报. 2018(10)
[5]浅埋偏压隧道进洞施工力学特性研究[J]. 徐前卫,程盼盼,苏培森,董继涛,陈国中. 地下空间与工程学报. 2017(05)
[6]不同倾角多层节理深部岩体开挖变形破坏规律模型试验研究[J]. 马腾飞,李树忱,李术才,徐咸辉,张露晨,平洋. 岩土力学. 2016(10)
[7]深埋软岩大变形偏压公路隧道3层支护结构受力变形特征[J]. 晏长根,罗鑫,王凯,石玉玲,杨晓华. 中国公路学报. 2016(02)
[8]浅埋偏压隧道洞口段软弱围岩失稳突变理论分析[J]. 左清军,吴立,陆中玏,谈云志,袁青. 岩土力学. 2015(S2)
[9]浅埋偏压隧道围岩压力上限法解析解[J]. 邱业建,彭立敏,雷明锋. 土木工程学报. 2015(06)
[10]高地应力条件下层状地层隧道围岩挤压变形与支护受力特征[J]. 沙鹏,伍法权,李响,梁宁,常金源. 岩土力学. 2015(05)
博士论文
[1]小田径钢管组合抗滑桩工作机理与设计计算方法研究[D]. 胡时友.成都理工大学 2018
[2]浅埋偏压隧道围岩压力与开挖进尺优化的极限分析方法[D]. 王立川.中南大学 2011
硕士论文
[1]层状与非均质岩体中隧道围岩变形和衬砌结构力学特性研究[D]. 刘科.西南交通大学 2016
本文编号：2971694
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
开挖掌子面
兰州交通大学工程硕士学位论文-29-根据上表初支监控量测资料显示，最大拱顶累计沉降为326.7mm（DK419+627处），最大边墙累计水平位移为380.6mm（DK419+622处S1测线）。该已开挖段在施工过程中出现不同程度的拱部初支钢架扭曲、折断、喷砼剥落现象，具体情况见图3.5。图3.5勐松二号隧道DK419+627~+603段拱部初支喷砼剥落、钢架扭曲、折断现场对DK419+603~+628段初支变形侵限段进行径向注浆加固后，采用全环I22a钢架进行逐榀换拱作业。钢架置换过程中及钢架置换完成后，根据现场实测监控量测数据显示，该段拱顶最大累计沉降量为60.9mm（DK419+619断面处），变形速率小于5mm/d；边墙最大累计收敛变形为57.4mm（DK419+619断面S2测线）置换拱架后，初支变形处于基本稳定状态。
顺层偏压隧道变形特征及控制措施研究-46-图4.1Mohr-Coulomb破坏准侧由B点到C点的拉应力屈服函数的定义为、、,其中为摩擦角、c为粘聚力、为材料的抗拉强度，并且强度不能超过。4.1.2节理建模方法的选取在使用数值模拟软件分析岩层问题时面临如何建立岩层与岩层之间的接触是得到正确计算结果的重要之处，当前对岩层接触面的模拟很多方法[53-54]，但是对于岩体中存在软弱夹层的情况，一般有两种模拟方法[55]：一种是用非常薄的实体单元划分网格来模拟厚度相同的节理，此时软弱夹层厚度非常小，成为网格划分成为建立模型的困难所在，这种情况会导致网格划分后单元节点过多，求解出现困难。另一种方法是使用接触单元法来模拟没有厚度岩体节理，由于节理使用施加在相邻实体单元上的一层接触面单元来模拟，这种情况下不会出现对实体的网格划分方面的困难，但是建模的过程相对繁琐，计算时接触单元的参数选取困难。相对于用软弱夹层实体单元模拟来说，接触单元有自身的优点，但是在使用接触单元来模拟岩层节理面时，当在无初始渗透的情况下，两个相邻接触面之间的距离为零，这会导致出现与两个相邻接触面有共节点的结构单元的长度也为零的情况，而在有限元数值分析中所有单元的尺寸都必须大于零的条件相冲突，使得求解没法按正常的过程进行下去。所以在本章及后续章节的顺层岩体模拟中都使用软弱夹层实体单元来模拟顺层偏压隧道的节理。4.1.3建立模型(1)建模说明1)本次计算不考虑由于地形和工程施工原因引起的隧道偏压作用的影响，所以取上地层表面为水平面。
【参考文献】：
期刊论文
[1]正交体系下滑坡与滑体以下隧道相互作用研究[J]. 叶浩,张科. 公路. 2019(12)
[2]层状结构岩体变形的各向异性特征分析[J]. 李深圳,沙鹏,伍法权,伍劼. 岩土力学. 2018(S2)
[3]软硬互层状岩体的室内单轴压缩试验及数值模拟[J]. 李昂,邵国建,苏静波,刘君成,孙阳. 河海大学学报(自然科学版). 2018(06)
[4]频发微小地震作用下顺层岩质边坡的振动台模型试验与数值分析[J]. 刘树林,杨忠平,刘新荣,刘永权,胡元鑫,吴祖松. 岩石力学与工程学报. 2018(10)
[5]浅埋偏压隧道进洞施工力学特性研究[J]. 徐前卫,程盼盼,苏培森,董继涛,陈国中. 地下空间与工程学报. 2017(05)
[6]不同倾角多层节理深部岩体开挖变形破坏规律模型试验研究[J]. 马腾飞,李树忱,李术才,徐咸辉,张露晨,平洋. 岩土力学. 2016(10)
[7]深埋软岩大变形偏压公路隧道3层支护结构受力变形特征[J]. 晏长根,罗鑫,王凯,石玉玲,杨晓华. 中国公路学报. 2016(02)
[8]浅埋偏压隧道洞口段软弱围岩失稳突变理论分析[J]. 左清军,吴立,陆中玏,谈云志,袁青. 岩土力学. 2015(S2)
[9]浅埋偏压隧道围岩压力上限法解析解[J]. 邱业建,彭立敏,雷明锋. 土木工程学报. 2015(06)
[10]高地应力条件下层状地层隧道围岩挤压变形与支护受力特征[J]. 沙鹏,伍法权,李响,梁宁,常金源. 岩土力学. 2015(05)
博士论文
[1]小田径钢管组合抗滑桩工作机理与设计计算方法研究[D]. 胡时友.成都理工大学 2018
[2]浅埋偏压隧道围岩压力与开挖进尺优化的极限分析方法[D]. 王立川.中南大学 2011
硕士论文
[1]层状与非均质岩体中隧道围岩变形和衬砌结构力学特性研究[D]. 刘科.西南交通大学 2016
本文编号：2971694
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