围岩蠕变特性对隧道变形和受力影响研究

发布时间：2020-05-10 22:08

【摘要】：隧道施工中,围岩和支护结构的变形与受力是与时间密切相关的。隧道开挖初期处于稳定状态的围岩由于没有及时施加支护常会发生坍塌现象。本文依托莲塘隧道,结合理论推导、试验分析和数值模拟,重点研究隧道施工中空间效应和时间效应共同作用下围岩变形规律、围岩应力和支护结构受力特征,并分析了不同围岩质量下隧道施工中开挖进尺、拱架间距和二衬支护时机这些施工参数对隧道变形和受力的影响。主要研究工作和内容如下:(1)统计相关岩石蠕变试验资料,确定围岩蠕变本构模型,推导了一维状态下和三维状态下围岩蠕变参数的转换关系,并根据岩石蠕变规律进行曲线拟合和参数转换,从而确定了不同围岩质量下蠕变参数的取值区间,并结合实际监测资料采用位移反分析法得到了围岩蠕变的计算参数。(2)采用围岩蠕变本构模型对隧道施工过程进行了数值模拟,研究施工中空间效应和时间效应的共同作用对隧道变形规律、围岩应力和支护结构受力特征的影响,包括施工干扰无法监测的初期变形计算,拱顶沉降和沉降速率的变化规律,拱顶和侧壁围岩的应力变化规律,初期支护和二衬的应力变化规律,较为系统地分析空间效应和时间效应共同作用下隧道施工过程中力学行为。(3)基于上述数值模型,进一步研究了开挖进尺、拱架间距和二衬支护时机等施工参数对围岩应力和变形以及支护结构受力的影响规律,并根据不同开挖进尺下的围岩应力确定了Ⅲ级和Ⅳ级围岩隧道的安全开挖进尺,根据不同拱架间距下初期支护拱架的受力规律确定了Ⅳ级围岩隧道的安全拱架间距。上述研究有助于正确地认识施工中空间效应和时间效应共同作用对隧道变形和受力的影响,同时可为隧道施工中节约成本和加快工程进度提供借鉴。
【图文】：

流变力学模型,统一化

与时间参量有关、并与粘壶元件／／相并联的岩土材料基本流变力学性态有纯逡逑粘、粘弹、粘塑和粘弹塑这４种，再将它们与瞬弹五和塑性Ｆ元件作串、并联组逡逑合，则可派生１５种不同的复合流变本构模型，如图１－１所示。逡逑Ｈｏｏｋｅ＃：逦Ｋｅｈ，ｍ邋体逦Ｗｌｌｉ体逦Ｎｅｗｉｃｍ＃；邋Ｂｉｎｇｈａｍ＃－逡逑ｈ：＇逦７，逡逑）■：，逦—Ｐ＾ＶＶｌ邋，ｈ逦ｒ＾Ｚ）—］逡逑逦°邋＇邋ｆ邋逦—＝＿ｉ邋逡逑瞬逦粘弹性邋粘弹塑性邋粘性｜粘塑性逡逑时逡逑性逦完全回弹｜部分回弹逦不回弹逡逑态逡逑逦衰减蠕变逦定常蠕变邋，逡逑逦流变性态逦＾逡逑图１－丨流变力学模型及其统一化处理逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ邋ｍｅｃｈａｎｉｃｓ邋ｍｏｄｅｌ邋ａｎｄ邋ｉｔｓ邋ｕｎｉｆｉｅｄ邋ｔｒｅａｔｍｅｎｔ逡逑通过对岩石流变力学性态及其所对应的流变力学模型的研宄，运用各种流变逡逑力学模型间的相互关系，以及流变力学模型与流变力学性态之间的对应关系，可逡逑以提出用岩石的加卸载蠕变试验结果

技术路线图,围岩,隧道变形,空间效应

逦北京交通大学硕士学位论文逦逡逑测资料用位移反分析法得到不同围岩质量的蠕变计算参数，并结合围岩的地勘资逡逑料确定围岩的抗拉强度和抗剪强度。逡逑（２）研宄施工中空间效应和时间效应的共同作用对隧道变形规律、围岩应力逡逑和支护结构受力特征的影响，包括施工干扰无法监测的初期变形计算，拱顶沉降逡逑和沉降速率的变化规律，，拱顶和侧壁围岩的应力变化规律，初期支护和二衬的应逡逑力变化规律，较为系统地分析空间效应和时间效应共同作用下隧道施工过程中力逡逑学行为。＾、逡逑（３）从围岩沉降、围岩应力和支护结构受力的角度，系统性分析不同围岩质逡逑量下隧道开挖的施工参数对隧道变形和受力的影响，包括开挖进尺、拱架间距和逡逑二衬支护时机。逡逑本文主要技术路线图如图１－２所示。逡逑
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U451.2

【参考文献】