承压富水隧道结构承载数值模拟方法研究及应用

发布时间：2017-04-29 11:17

  本文关键词：承压富水隧道结构承载数值模拟方法研究及应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国经济的发展,对基础工程建设要求也越来越高,隧道工程作为完善道路线形的重要一环,也迎来发展与挑战。以往山岭隧道对涌水多考虑以排水方式处理,随着人们环保意识的提高,针对隧道涌水的处理理念从以排为主转变为“防、排、截、堵结合,因地制宜,综合治理”。随着对隧道涌水的处理理念的改变,隧道衬砌结构承受水压力的可能性越来越大。当考虑将隧道内涌水全部排出时,衬砌结构不承受水压力。当隧道限排、排水能力有限、排水路径阻塞等情况发生时,则隧道内涌水不能及时排出,衬砌结构将承受水压力作用。本文以重庆华岩隧道工程华岩隧道(又名石板隧道)为依托,以山岭隧道为对象,研究衬砌结构突水水压力简化计算模式,针对衬砌背后空腔水压力分布模式进行研究,尝试针对衬砌结构背后水压力进行分级,具体工作与结论如下:(1)针对华岩隧道,选取T2l地层分别对衬砌结构在仅考虑围岩压力、0.3MPa水压力、0.6MPa水压力情况进行计算。计算结果表明,衬砌结构边墙及以下部位内力较大,成为结构设计控制截面。(2)针对衬砌结构背后突水水压力简化计算进行研究。基于荷载等效原理提出两种计算突水水压力的简化模型,计算了突水原始作用面积22m、水压1Mpa与2MPa,突水作用于拱顶时6种工况,计算结果表明,可以采用集中力的方式对突水水压力进行简化计算。(3)针对衬砌结构背后空腔水压力,根据不同排水条件,提出四种水压力分布形式,进行了对比分析计算,计算结果显示,当空腔完全不排水时,对衬砌结构最不利。(4)针对水压力分级,提出以安全系数为分级指标。采用规范推荐山岭公路两车道隧道标准断面,并采用其推荐衬砌结构支护参数,分别计算衬砌结构为混凝土和钢筋混凝土时其承受水压力限值,以此水压力限值作为不同围岩条件下水压分级的界限值进行水压力分级。当衬砌结构采用规范推荐支护参数时,其承受水压力有限。针对山岭公路两车道隧道,给出了Ⅲ级围岩时不同水压下的二次衬砌支护参数。
【关键词】：隧道 水压力 突水 数值模拟
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U451
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 问题的提出8-9
• 1.1.1 研究背景8
• 1.1.2 研究目的及意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-17
• 1.2.1 关于隧道涌水量预测研究9-13
• 1.2.2 关于隧道衬砌结构外水压力作用规律研究13-16
• 1.2.3 关于隧道渗流场数学模型研究16-17
• 1.3 本文研究内容及方法17-18
• 1.3.1 本文研究内容17
• 1.3.2 本文研究方法17-18
• 第二章 考虑外水荷载的隧道结构承载数值模型及应用18-41
• 2.1 隧道结构分析计算模型研究18-25
• 2.1.1 隧道结构计算理论18-19
• 2.1.2 隧道结构分析荷载-结构模型19-21
• 2.1.3 隧道结构分析地层-结构模型21-24
• 2.1.4 隧道衬砌结构验算24-25
• 2.2 考虑外水荷载的隧道结构计算模型研究25-28
• 2.2.1 衬砌结构外水压力25-27
• 2.2.2 考虑外水荷载的隧道荷载-结构模型27
• 2.2.3 考虑外水荷载的隧道地层-结构模型27-28
• 2.3 华岩隧道结构承载数值分析28-40
• 2.3.1 工程概况28
• 2.3.2 地层岩性28-31
• 2.3.3 隧道结构外水压力31-33
• 2.3.4 计算参数33-34
• 2.3.5 计算结果与分析34-40
• 2.4 本章小结40-41
• 第三章 考虑隧道结构局部外水压力的力学模型简化研究41-47
• 3.1 概述41-42
• 3.2 隧道结构突水水压力力学简化模型研究42-43
• 3.3 隧道结构局部水压力学模型研究43-46
• 3.3.1 衬砌背后局部空腔水压分析43-44
• 3.3.2 缝隙流水头损失计算模型44-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第四章 考虑外水荷载的隧道承载数值模型修正47-57
• 4.1 概述47
• 4.2 衬砌结构突水荷载简化数值分析47-53
• 4.2.1 计算参数47
• 4.2.2 计算结果分析47-53
• 4.2.3 分析结论53
• 4.3 衬砌背后空腔水压力分布形式数值分析53-55
• 4.3.1 数值模型及参数53-54
• 4.3.2 计算结果及分析54-55
• 4.3.3 分析结论55
• 4.4 本章小结55-57
• 第五章 隧道外水荷载水压分级研究57-67
• 5.1 隧道水压力分级数值分析57-63
• 5.1.1 计算参数58-60
• 5.1.2 计算结果及分析60-63
• 5.1.3 分析结论63
• 5.2 隧道结构承受高水压数值分析63-66
• 5.2.1 概述63-65
• 5.2.2 计算结果及分析65-66
• 5.2.3 分析结论66
• 5.3 本章小结66-67
• 第六章 结论及展望67-69
• 6.1 主要结论67
• 6.2 展望67-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-73
• 在学期间发表的论文和取得的学术成果73

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