炭质页岩大变形隧道支护参数优选分析

发布时间：2017-04-28 00:04

  本文关键词：炭质页岩大变形隧道支护参数优选分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：21世纪以来,随着交通工程等基础设施建设逐步完善,软岩大变形已经成为困扰隧道建设发展的一个世界性难题,主要原因是软岩的分类较多,地质情况也很复杂,很难以统一的理论和方法去解决软岩大变形问题。本论文拟以“滨绥线牡丹江至绥芬河段扩能改造工程”兴源隧道为研究对象,在充分借鉴已有研究基础上,采用资料收集与整理、现场试验、理论研究及数值分析相结合的方法,对炭质页岩流变特性及支护参数进行研究,并与工程实际相对比,分析各种工况下的支护参数效果的优劣,选出最优的支护参数,论文主要工作和成果如下:⑴理论分析了软岩稳定性和变形机理,主要包括:软岩的概念及分类,软岩的研究方法,软岩的变形特征,软岩支护现状等。⑵主要介绍了黑龙江地区炭质页岩的工程特性,即膨胀性、强风化性、崩解性、流变性、岩体结构复杂性、易扰动性。⑶从理论上分析了炭质页岩隧道失稳的主要原因,具体内容是炭质页岩的强度低,具有较强的崩解性、强风化性和流变特性。在隧道开挖初期,岩体间挤压错动产生大量断层和裂隙结构,此时该地区丰富的地下水通过裂隙和断层渗入岩体,炭质页岩遇水极易软化,强度进一步降低,这是兴源隧道发生大变形的主要原因。⑷通过对施工现场的断面监测数据分析可知,炭质页岩隧道变形大体呈现出初期变形速率快,总变形量较大,变形稳定时间较长的特点;隧道二次衬砌施做完成后局部钢拱架应力仍缓慢增长,体现出炭质页岩隧道极强的流变性特点;受隧道偏压以及施工方法的影响,围岩的变形和支护受力曲线呈现出明显的不对称性。⑸采用数值模拟方法分析炭质页岩地段复合式衬砌的支护参数变化对隧道围岩稳定性的影响,研究因子包括锁脚锚管的长度和打入方向及布置方式、隧道的二次衬砌的混凝土厚度、隧道初期支护的间距。对比分析围岩的变形以及钢拱架受力情况,优选出对围岩变形与结构受力最有利的支护参数,宜采用:锁脚锚管长度为8m、锁脚锚管下斜30°、锁脚锚管直径为89mm(每点2根)、钢拱架间距为0.5m、二次衬砌厚度为0.6m。
【关键词】：软岩大变形 变形机理 流变性 支护参数 数值模拟
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.7
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 选题的背景及意义9
• 1.2 国内外研究现状9-12
• 1.2.1 软岩隧道施工过程稳定性及大变形机理研究现状9-12
• 1.2.2 软岩隧道支护研究现状12
• 1.3 本文研究内容及方法12-14
• 1.3.1 主要研究内容12-13
• 1.3.2 主要研究方法13-14
• 2 炭质页岩工程特性研究14-18
• 2.1 炭质页岩工程特性14-15
• 2.2 炭质页岩的水理性质15-17
• 2.2.1 炭质页岩的崩解性15-17
• 2.2.2 炭质页岩的吸水特性17
• 2.3 小结17-18
• 3 炭质页岩隧道支护作用机理研究18-26
• 3.1 隧道失稳的力学机理18-21
• 3.1.1 隧道变形力学机制18-19
• 3.1.2 隧道变形的影响因素19-21
• 3.2 炭质页岩支护结构特点21-22
• 3.3 炭质页岩隧道支护结构的作用机理22-24
• 3.3.1 锁脚锚管作用机理22-23
• 3.3.2 喷射混凝土作用机理23-24
• 3.3.3 钢拱架作用机理24
• 3.3.4 二次衬砌支护作用机理24
• 3.4 本章小结24-26
• 4 现场监控量测与分析26-51
• 4.1 现场监测概述26-30
• 4.1.1 监测目的26
• 4.1.2 监测断面概况26-27
• 4.1.3 监测方案及埋设记录27-30
• 4.1.4 试验段支护参数30
• 4.2 断面监测结果分析30-49
• 4.2.1 围岩变形量测及分析30-32
• 4.2.2 围岩应力监测分析32-35
• 4.2.3 钢拱架应力监测分析35-39
• 4.2.4 二次衬砌接触应力监测分析39-42
• 4.2.5 二次衬砌混凝土应力监测分析42-45
• 4.2.6 二次衬砌钢筋轴力监测分析45-49
• 4.3 本章小结49-51
• 5 兴源隧道支护设计优化模拟研究51-84
• 5.1 计算模型的建立51-55
• 5.1.1 计算模型的假定51
• 5.1.2 计算参数51-52
• 5.1.3 计算简图52-54
• 5.1.4 模拟工况54-55
• 5.2 隧道支护参数数值模拟研究55-80
• 5.2.1 锁脚锚管不同长度55-61
• 5.2.2 锁脚锚管不同下斜角度优化研究61-65
• 5.2.3 锁脚锚管不同直径优化研究65-69
• 5.2.4 钢拱架不同间距优化研究69-74
• 5.2.5 基于荷载-结构模型二次衬砌的不同厚度优化研究74-80
• 5.3 数值模拟结果与实测值对比分析80-82
• 5.4 本章小结82-84
• 6 结论与展望84-87
• 6.1 结论84-86
• 6.2 展望86-87
• 致谢87-88
• 参考文献88-91
• 攻读学位期间的研究成果91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：331688