高地应力区缓倾互层岩体隧道底鼓机理与控制技术研究
发布时间：2021-03-31 02:10
本文针对处于水平构造应力为主导的高地应力区隧道的底鼓变形现象,以隧道底鼓机理和控制技术为主要研究内容,采用资料调研、理论分析、数值模拟、现场监测等手段,研究不同影响因素对隧道底鼓变形的影响,提出相应的隧道底鼓控制技术,通过FLAC3D数值计算软件模拟来验证该控制技术的可行性,并以老周岩隧道底鼓的整治做实例分析。主要研究内容如下:（1）通过对前人研究成果的分析,将层状岩体隧道的底鼓变形特征总结为:挤压流动性底鼓、挠曲褶皱性底鼓、剪切错动性底鼓。总结处于水平构造应力为主导的高地应力区互层岩体隧道的底鼓变形的主要影响因素:侧压力系数、岩层倾角、岩层层厚、岩体弹性模量。（2）为了研究水平构造应力为主导的互层岩体隧道底鼓的影响因素,选用上述4种影响因素,通过FLAC3D建立相应的数值计算模型,研究单一影响因素和多因素共同作用下对隧道底鼓的影响规律。结果表明:在单一影响因素下,仰拱底鼓量随侧压力系数先增大后减小,随岩层倾角的增大而减小,随硬质岩层层厚的增大先增大后减小,随硬质岩弹性模量的增大而减小。在多因素共同作用下,各因素对隧道底鼓的影响敏感度排序依次...
【文章来源】：中国铁道科学研究院北京市
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
层状岩体隧道底鼓机理分析10中国铁道科学研究院式中，S为柔度系数，柔度矩阵[A]中的各个参数可用工程弹性常数表示为：111213222333445566yz1=,=-,=-11,=-,=111=,=,=yxzxxxxzyyzzxyzxSSSEEESSSEEESSSGGG=(2-2)2.1.2横观各向同性弹性本构模型横观各向同性是正交各向异性的特殊情况，其特点是平行于层面的岩体各个方向都具有相同的弹性性质，而垂直于层面的各层岩体的弹性性质各不相同。针对层状岩体本构模型，国外一些学者Pinto[29]，salamon[29]，wardle和Gerrard[30]等曾采用等效均质横观各向同性模型来模拟薄层状岩体的变形特性。国内一些学者也做了相关研究，杨春和[33]采用CosseratE&F提出的Cosserat理论[34]来模拟层状岩体的变形特性。如图2-1所示，假设xoy平面为横观各向同性面，根据对称性原理，弹性矩阵[A]中各弹性常数满足如下条件：图2-1横观各向同性体Figure2-1Transverseisotropicbody
层状岩体隧道底鼓机理分析18中国铁道科学研究院2-2所示。图2-2挤压流动性底鼓力学模型Figure2-2Mechanicalmodelofsqueezefluiditykickdrum(2)挠曲褶皱性底鼓当隧道底部岩层以脆性为主时，在平行于层理方向的地应力作用下，隧道底部层状岩体相当于受到一对方向朝内的水平作用力，在水平力作用下，隧道底部岩体向临空方向发生位移，当作用力超过层状岩体挠曲变形的临界值时，地板会发生挠曲褶皱变形而失稳。其力学模型如图2-3所示。图2-3挠曲褶皱性底鼓力学模型Figure2-3Mechanicalmodelofflexuralandfoldabletunnelfloorheave(3)剪切错动性底鼓当隧道位于岩性较差的厚层岩体中，在高地应力作用下，隧道有可能会发生底鼓。在水平力作用下，完整的层状岩体会变形成楔块岩体，楔体受到挤压而发生错动，隧道底板遭到剪切破坏产生底鼓。其力学模型如图2-4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]截至2019年底中国铁路隧道情况统计[J]. 田四明,巩江峰. 隧道建设(中英文). 2020(02)
[2]整体道床铁路隧道隧底病害成因分析及整治方案设计[J]. 马超锋. 铁道建筑. 2019(06)
[3]川藏铁路沿线及邻区环境工程地质问题概论[J]. 郭长宝,张永双,蒋良文,石菊松,孟文,杜宇本,马春田. 现代地质. 2017(05)
[4]狮子岭隧道病害成因分析与整治措施[J]. 赵鹏,付兵先,马伟斌. 铁道建筑. 2017(09)
[5]膨胀岩研究现状及其隧道施工技术综述[J]. 蒲文明,陈钒,任松,吴建勋,赵国军. 地下空间与工程学报. 2016(S1)
[6]运营铁路隧道水害引发的仰拱起鼓及衬砌开裂防治技术研究[J]. 代鸿明. 现代隧道技术. 2016(03)
[7]应力释放后隧道稳定安全系数研究[J]. 阿比尔的,郑颖人,冯夏庭,向钰周. 现代隧道技术. 2016(02)
[8]高地应力区缓倾互层岩体无砟轨道隧道底部隆起的成因分析及整治方案[J]. 肖小文,王立川,阳军生,张学民. 中国铁道科学. 2016(01)
[9]武都西隧道底鼓机理及防治措施研究[J]. 薛晓辉,张军,宿钟鸣,孙志杰. 公路工程. 2015(05)
[10]向莆铁路隧道道床积水、轨道隆起病害整治技术[J]. 肖广智,薛斌. 现代隧道技术. 2015(03)
本文编号：3110572
【文章来源】：中国铁道科学研究院北京市
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
层状岩体隧道底鼓机理分析10中国铁道科学研究院式中，S为柔度系数，柔度矩阵[A]中的各个参数可用工程弹性常数表示为：111213222333445566yz1=,=-,=-11,=-,=111=,=,=yxzxxxxzyyzzxyzxSSSEEESSSEEESSSGGG=(2-2)2.1.2横观各向同性弹性本构模型横观各向同性是正交各向异性的特殊情况，其特点是平行于层面的岩体各个方向都具有相同的弹性性质，而垂直于层面的各层岩体的弹性性质各不相同。针对层状岩体本构模型，国外一些学者Pinto[29]，salamon[29]，wardle和Gerrard[30]等曾采用等效均质横观各向同性模型来模拟薄层状岩体的变形特性。国内一些学者也做了相关研究，杨春和[33]采用CosseratE&F提出的Cosserat理论[34]来模拟层状岩体的变形特性。如图2-1所示，假设xoy平面为横观各向同性面，根据对称性原理，弹性矩阵[A]中各弹性常数满足如下条件：图2-1横观各向同性体Figure2-1Transverseisotropicbody
层状岩体隧道底鼓机理分析18中国铁道科学研究院2-2所示。图2-2挤压流动性底鼓力学模型Figure2-2Mechanicalmodelofsqueezefluiditykickdrum(2)挠曲褶皱性底鼓当隧道底部岩层以脆性为主时，在平行于层理方向的地应力作用下，隧道底部层状岩体相当于受到一对方向朝内的水平作用力，在水平力作用下，隧道底部岩体向临空方向发生位移，当作用力超过层状岩体挠曲变形的临界值时，地板会发生挠曲褶皱变形而失稳。其力学模型如图2-3所示。图2-3挠曲褶皱性底鼓力学模型Figure2-3Mechanicalmodelofflexuralandfoldabletunnelfloorheave(3)剪切错动性底鼓当隧道位于岩性较差的厚层岩体中，在高地应力作用下，隧道有可能会发生底鼓。在水平力作用下，完整的层状岩体会变形成楔块岩体，楔体受到挤压而发生错动，隧道底板遭到剪切破坏产生底鼓。其力学模型如图2-4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]截至2019年底中国铁路隧道情况统计[J]. 田四明,巩江峰. 隧道建设(中英文). 2020(02)
[2]整体道床铁路隧道隧底病害成因分析及整治方案设计[J]. 马超锋. 铁道建筑. 2019(06)
[3]川藏铁路沿线及邻区环境工程地质问题概论[J]. 郭长宝,张永双,蒋良文,石菊松,孟文,杜宇本,马春田. 现代地质. 2017(05)
[4]狮子岭隧道病害成因分析与整治措施[J]. 赵鹏,付兵先,马伟斌. 铁道建筑. 2017(09)
[5]膨胀岩研究现状及其隧道施工技术综述[J]. 蒲文明,陈钒,任松,吴建勋,赵国军. 地下空间与工程学报. 2016(S1)
[6]运营铁路隧道水害引发的仰拱起鼓及衬砌开裂防治技术研究[J]. 代鸿明. 现代隧道技术. 2016(03)
[7]应力释放后隧道稳定安全系数研究[J]. 阿比尔的,郑颖人,冯夏庭,向钰周. 现代隧道技术. 2016(02)
[8]高地应力区缓倾互层岩体无砟轨道隧道底部隆起的成因分析及整治方案[J]. 肖小文,王立川,阳军生,张学民. 中国铁道科学. 2016(01)
[9]武都西隧道底鼓机理及防治措施研究[J]. 薛晓辉,张军,宿钟鸣,孙志杰. 公路工程. 2015(05)
[10]向莆铁路隧道道床积水、轨道隆起病害整治技术[J]. 肖广智,薛斌. 现代隧道技术. 2015(03)
本文编号：3110572
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