膨胀性围岩中小净距隧道湿度场模型试验研究

发布时间：2018-02-21 01:46

本文关键词： 小净距隧道湿度场膨胀岩相似材料膨胀岩水分测试仪　出处：《华东交通大学》2014年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：近年来，小净距隧道在工程用地、工程投资以及施工工艺等方面展现了很大的优势，越来越受建筑部门的青睐。但在隧道建设中，由于地质条件引起的工程事故逐渐增多，特别是膨胀岩地质。膨胀岩具有遇水膨胀失水收缩的特性，其围岩的应力应变受周围水分和围岩压力的影响。目前，对膨胀性围岩中隧道的围岩应力应变等方面进行了很多研究。但少有对围岩水分变化进行研究。膨胀性围岩水分分布规律对于小净距隧道的围岩稳定有大影响，探索水分的分布规律具有研究意义。通过室内模型试验能够有效的对实际工程进行模拟，对小净距隧道工程结构稳定分析及施工具有指导意义。本文首先对膨胀性相似材料进行了试验研究。在膨胀岩相似材料配制过程中，以砂、膨润土、石灰、外加剂（羟丙基甲基纤维素）和施工用水为材料，采用自由膨胀率和体积膨胀量为直接指标，干燥饱和吸水率为间接指标，并考虑单轴抗压强度，设计了四因素四水平的试验方案。总共进行了16组不同配比的试验，得到了弱、中、强三种不同膨胀性的相似材料。其次，对水分测试系统进行了研究。该测试系统由水分探头和测试仪两部分组成。水分探头是以三氧化二铝为感湿材料，普通铜丝为电极，结构为同心圆柱型。该探头属于阻容复合式元件，其测量范围是5%～35%，误差值在±3%，重复使用率高（陶瓷可使用1000次），能够在低高温和其他恶劣环境中使用，拥有良好的适应性。测试仪是依据放大电路，采用STM32为控制核心，芯片AD5933为测试核心，设计了32个通道，能够同时对32个水分探头进行实时测试并记录储存探头的阻容值。经过检验，由水分探头和测试仪共同组成的测试系统具有安全实用，测试数据稳定等良好特征。最后，对小净距隧道进行了模型试验研究。模型试验设计了两种试验方案，在实际试验中增加了一组试验，总共进行了三组试验。在模型试验中，假设的隧道单洞跨度为10.8米，拱高为8.5米，两隧道间距为5.5米，隧道埋深850米。模型试验采用的相似比为1:50，模型填料利用自配的膨胀性相似材料，并将水分探头埋入，通过测试仪对水分含量进行监测。在试验中考虑了高应力、仰拱滞后施工等因素的影响，进行了三次模型试验，试验结果表明：模型初始含水量对模型内部的水分变化规律有很大的影响，在高初始含水量的情况中，水分在自重作用下的渗透影响力大于相似材料的吸湿能力；在较低的初始含水量中开挖巷道，围岩内部的水分变化以膨胀性材料吸湿为主，同时表现出微弱的渗透及水分挥发的现象。底板滞后施工对隧道内部水分变化规律有影响，仰拱滞后的时间越长，底板积水的时间就越长，水分在围岩内部的发展范围越广。可见，在膨胀性围岩中开挖隧道应该及时施作仰拱，减少底板滞水时间。围岩的湿度分布规律是通过围岩的水分等高线图反映出来。在围岩的湿度图中能发现，初始阶段水分分布基本均匀。在底板滞水时期，位于隧道上部分的岩层内部水分影响较小，而在隧道下部分区域的内部水分影响较大，，通常会出现多个集聚区域，集聚区域先是出现在洞室边帮下方及中间柱下方，随时间的发展会形成一个集聚中心在中间柱下方的大集聚区域，其面积扩大，中心位置下移，水分含量变高。在仰拱施工完毕之后，水分的集聚区域会慢慢扩散，最后均匀的分布在岩体中。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U451.5

【参考文献】