泥岩隧道基底软化对仰拱的影响性分析
发布时间：2021-01-31 01:18
随着“一带一路”为西北地区交通路网的发展带来新的机遇,西北地区交通隧道建设步入快车道。当隧道穿越泥岩地层时,由于基底渗水的原因,基底泥岩的物理、力学特性发生明显改变,导致仰拱的力学变形特性受到影响;文中通过理论分析、室内试验与数值模拟结合的方法,对泥岩隧道基底遇水软化环境下的隧道仰拱破坏特征进行了研究,总结出基底软化时仰隆起变形的破坏机制。通过对既有文献的整理总结,归纳出泥岩隧道仰拱的力学计算方法,对仰拱的破坏模式进行了推广;并对既有的隧道仰拱破坏案例和处置措施进行总结和分析。关于泥岩的室内试验,主要研究了其渗透、膨胀特性。原状样与重塑样的渗透试验中,通过设置试样的干密度、压力水头、上覆荷载、初始含水率等因素,得出泥岩试样在上覆荷载的作用下渗透系数出现明显减小;而对干密度不同的重塑土样,随着干密度的增加,由于泥岩内部的孔隙及渗流通道越少,渗透系数呈减小的趋势。在不同水头高度的重塑土样渗透试验中,随着水头高度增加,渗透压力增大,出现渗透系数逐渐增大的现象,并且水头高度越大泥岩试样的渗透系数越大,变化率越明显;不同含初始水率的重塑土样,随着初始含水率的增加,渗透系数在一定范围内先减小,达到...
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
甘肃地质图
兰州交通大学硕士学位论文-5-算，研究了仰拱边缘应力。Haramy.K[30]使用简支梁的方法来模拟隧道仰拱结构的受力变形特征，假设衬砌结构类似于梁，并采用力学分析的方法对衬砌的整体稳定性进行了的规律总结与探究。Wittke-gattermann.P[31]综合弹塑性力学原理，在计算围岩应力的过程中引入了时间变量，并考虑围岩材料的各向异性，提出了膨胀性围岩的三维本构模型。Anagnostou.G[32]认为围岩软化的过程中先发生膨胀致使仰拱隆起破坏，而围岩的矿物成分与分子结构是其本质原因，综合分析描述了围岩膨胀软化的发育过程，从微观学的角度解释了隧道仰拱隆起的成因。康红普[33]在其专著中提出：软岩巷道破坏的主要原因是底板岩层弹塑性变形、底板岩层扩容、底板岩层遇水膨胀、软化和底板岩层流变和底板岩层弯曲断裂；而巷道底鼓的研究内容则包括软岩性质、巷道底鼓的机理及防治措施三大方面。ShigekazuSeki等[34]通过关于导致隧道仰拱隆起的模型试验提出不同因素交叉影响导致仰拱破坏，主要因素体现在加载的方式，和包裹土层的物理力学性质方面。王明年[35]基于大比例尺模型试验，研究了隧道仰拱的力学行为，并提出仰拱可以极大的提供隧道结构的承载能力，控制围岩内塑性区的扩展，并约束隧道的净空收敛，提高衬砌的整体安全性。图1隧道是否设置仰拱时结构受力变形特点对比[36]陈少华[37]从结构计算的角度，认为石林隧道衬砌开裂的原因是隧道纵向基础承载力有差别；而隧道仰拱产生隆起变形，其主要原因是因为仰拱下部基底的承载力不足所导致，开挖致使仰拱底部围岩塑形变形过大无法恢复应力平衡，继而仰拱的刚性结构状态
泥岩隧道基底软化对仰拱的影响性分析-8-（2）对泥岩进行室内试验，研究泥岩的渗透、膨胀特性，试验内容包括泥岩的原状样与重塑样渗透性试验和泥岩的膨胀性试验，为后文基底软化模拟提供一定的科学依据。（3）运用有限元软件Abaqus对仰拱基底围岩在未软化与软化状态下，对仰拱受力进行建模分析，包括均匀软化和不均匀软化，设置沿深度方向的软化范围指标，得出软化的范围、软化系数与仰拱受力的关系和规律。1.3.2技术路线本文针对泥岩隧道基底软化，对泥岩的渗透、膨胀特性及仰拱的应力、变形特征进行研究，具体技术路线如下图1.3.1：图1.3.1技术路线图
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑应变软化和扩容的圆形巷道围岩强度准则效应[J]. 潘继良,高召宁,任奋华. 煤炭学报. 2018(12)
[2]大断面隧道仰拱底鼓破坏模式[J]. 杜明庆,张顶立,王旭春,管晓明,曾柯涵,周秋爽. 中国公路学报. 2018(10)
[3]黄土隧道仰拱结构受力特性试验研究[J]. 刘恒显,梁庆国,丁冬冬. 地下空间与工程学报. 2018(S1)
[4]低黏土矿物含量原状泥岩膨胀力试验研究[J]. 王炳忠,王起才,张戎令,薛彦瑾,王天双,任洁. 水利水运工程学报. 2018(02)
[5]宝兰客专兰州段泥岩软化特性的微观研究[J]. 张晋东,梁庆国,樊纯坛. 铁道标准设计. 2018(05)
[6]隧道及地下工程的基本问题及其研究进展[J]. 张顶立. 力学学报. 2017(01)
[7]宝兰客专泥岩隧道受力特性试验研究[J]. 张钦鹏,梁庆国,孟博文,王新东. 铁道科学与工程学报. 2016(11)
[8]泥岩的峰后软化力学模型[J]. 张力伟,贾善坡,邹江涛,舒婧曦. 中国科技论文. 2016(21)
[9]软化泥岩对隧道仰拱的受力特性影响研究[J]. 丁冬冬,梁庆国,徐善常,王新东. 铁道科学与工程学报. 2016(10)
[10]天然和饱水状态下泥岩力学性质及损伤变形能量特征分析[J]. 谢吉尊,冯文凯,胡云鹏,吴刚,乔莹莹. 水文地质工程地质. 2016(03)
硕士论文
[1]不同基底围岩条件下的隧道仰拱承载特性研究[D]. 刘恒显.兰州交通大学 2019
[2]膨胀性围岩隧道底部隆起力学机理与处治技术研究[D]. 张化川.长安大学 2018
[3]高速公路黄土隧道仰拱开裂原因分析[D]. 丁冬冬.兰州交通大学 2017
[4]软弱黄土公路隧道施工变形规律研究[D]. 王举义.长安大学 2010
[5]桃树垭软弱围岩隧道底鼓机理及控制技术研究[D]. 郑成果.重庆大学 2009
本文编号：3009943
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
甘肃地质图
兰州交通大学硕士学位论文-5-算，研究了仰拱边缘应力。Haramy.K[30]使用简支梁的方法来模拟隧道仰拱结构的受力变形特征，假设衬砌结构类似于梁，并采用力学分析的方法对衬砌的整体稳定性进行了的规律总结与探究。Wittke-gattermann.P[31]综合弹塑性力学原理，在计算围岩应力的过程中引入了时间变量，并考虑围岩材料的各向异性，提出了膨胀性围岩的三维本构模型。Anagnostou.G[32]认为围岩软化的过程中先发生膨胀致使仰拱隆起破坏，而围岩的矿物成分与分子结构是其本质原因，综合分析描述了围岩膨胀软化的发育过程，从微观学的角度解释了隧道仰拱隆起的成因。康红普[33]在其专著中提出：软岩巷道破坏的主要原因是底板岩层弹塑性变形、底板岩层扩容、底板岩层遇水膨胀、软化和底板岩层流变和底板岩层弯曲断裂；而巷道底鼓的研究内容则包括软岩性质、巷道底鼓的机理及防治措施三大方面。ShigekazuSeki等[34]通过关于导致隧道仰拱隆起的模型试验提出不同因素交叉影响导致仰拱破坏，主要因素体现在加载的方式，和包裹土层的物理力学性质方面。王明年[35]基于大比例尺模型试验，研究了隧道仰拱的力学行为，并提出仰拱可以极大的提供隧道结构的承载能力，控制围岩内塑性区的扩展，并约束隧道的净空收敛，提高衬砌的整体安全性。图1隧道是否设置仰拱时结构受力变形特点对比[36]陈少华[37]从结构计算的角度，认为石林隧道衬砌开裂的原因是隧道纵向基础承载力有差别；而隧道仰拱产生隆起变形，其主要原因是因为仰拱下部基底的承载力不足所导致，开挖致使仰拱底部围岩塑形变形过大无法恢复应力平衡，继而仰拱的刚性结构状态
泥岩隧道基底软化对仰拱的影响性分析-8-（2）对泥岩进行室内试验，研究泥岩的渗透、膨胀特性，试验内容包括泥岩的原状样与重塑样渗透性试验和泥岩的膨胀性试验，为后文基底软化模拟提供一定的科学依据。（3）运用有限元软件Abaqus对仰拱基底围岩在未软化与软化状态下，对仰拱受力进行建模分析，包括均匀软化和不均匀软化，设置沿深度方向的软化范围指标，得出软化的范围、软化系数与仰拱受力的关系和规律。1.3.2技术路线本文针对泥岩隧道基底软化，对泥岩的渗透、膨胀特性及仰拱的应力、变形特征进行研究，具体技术路线如下图1.3.1：图1.3.1技术路线图
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑应变软化和扩容的圆形巷道围岩强度准则效应[J]. 潘继良,高召宁,任奋华. 煤炭学报. 2018(12)
[2]大断面隧道仰拱底鼓破坏模式[J]. 杜明庆,张顶立,王旭春,管晓明,曾柯涵,周秋爽. 中国公路学报. 2018(10)
[3]黄土隧道仰拱结构受力特性试验研究[J]. 刘恒显,梁庆国,丁冬冬. 地下空间与工程学报. 2018(S1)
[4]低黏土矿物含量原状泥岩膨胀力试验研究[J]. 王炳忠,王起才,张戎令,薛彦瑾,王天双,任洁. 水利水运工程学报. 2018(02)
[5]宝兰客专兰州段泥岩软化特性的微观研究[J]. 张晋东,梁庆国,樊纯坛. 铁道标准设计. 2018(05)
[6]隧道及地下工程的基本问题及其研究进展[J]. 张顶立. 力学学报. 2017(01)
[7]宝兰客专泥岩隧道受力特性试验研究[J]. 张钦鹏,梁庆国,孟博文,王新东. 铁道科学与工程学报. 2016(11)
[8]泥岩的峰后软化力学模型[J]. 张力伟,贾善坡,邹江涛,舒婧曦. 中国科技论文. 2016(21)
[9]软化泥岩对隧道仰拱的受力特性影响研究[J]. 丁冬冬,梁庆国,徐善常,王新东. 铁道科学与工程学报. 2016(10)
[10]天然和饱水状态下泥岩力学性质及损伤变形能量特征分析[J]. 谢吉尊,冯文凯,胡云鹏,吴刚,乔莹莹. 水文地质工程地质. 2016(03)
硕士论文
[1]不同基底围岩条件下的隧道仰拱承载特性研究[D]. 刘恒显.兰州交通大学 2019
[2]膨胀性围岩隧道底部隆起力学机理与处治技术研究[D]. 张化川.长安大学 2018
[3]高速公路黄土隧道仰拱开裂原因分析[D]. 丁冬冬.兰州交通大学 2017
[4]软弱黄土公路隧道施工变形规律研究[D]. 王举义.长安大学 2010
[5]桃树垭软弱围岩隧道底鼓机理及控制技术研究[D]. 郑成果.重庆大学 2009
本文编号：3009943
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