隧道仰拱隆起变形力学机理分析及工程对策研究

发布时间：2020-09-02 20:03

　　仰拱作为隧道底部结构的重要组成部分,直接影响到隧道结构的整体稳定。部分新建隧道和运营隧道中底部结构存在开裂、破损甚至沉陷错台等现象,危及行车安全。针对隧道仰拱隆起变形现象,本文通过调查国内外文献分析了隧道仰拱隆起变形的主要影响因素及其变形机理。基于强度劣化理论,利用FLAC3D建立数值模型,模拟隧道仰拱隆起变形现象,讨论了锚杆抑制仰拱隆起的作用,提出了一种新型仰拱结构形式,通过分析比较,讨论了它的合理性。主要研究结果如下:(1)通过文献调查得到引起隧道仰拱隆起变形的主要因素为高地应力、膨胀性围岩和地下水;隧道仰拱隆起变形区段地质多为沉积岩,主要岩石为泥岩、砂岩和凝灰岩等;岩石单轴抗压强度和黏聚力随含水率的增加而逐渐减小。(2)基于强度劣化理论,利用FLAC3D建立福川隧道数值模型,比较现场监测和数值模拟结果,两者较为一致。通过数值模拟得到,随着隧道底部围岩黏聚力的降低,仰拱隆起变形逐渐增大且隆起速率加快,变形值由仰拱中心向两端逐渐减小;仰拱背后作用力逐渐增大,仰拱中心点处受力由受压逐渐转变为受拉状态;塑性区最先出现在填充层顶部,由上向下逐渐扩展。(3)讨论仰拱底部布设锚杆对仰拱隆起变形的抑制作用,得到随着锚杆长度的增大、间距的减小,底部结构隆起变形、塑性区及仰拱背后作用力逐渐减小;考虑工程实际,选定锚杆合理参数为长度8.0m,间距1.5m。(4)通过分析比较,讨论了新型仰拱结构的合理性。得到新型仰拱结构对仰拱隆起变形和底部结构塑性区的发展均有较好的抑制作用;将新型仰拱结构与锚杆联合使用,对减小仰拱隆起变形效果更加显著。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U451
【部分图文】：

计算图,底板岩层,弯曲位移,计算图

逑钟祖良［２９］认为隧道底板岩层是最容易遭受到破坏的部位，当底板岩层的两端逡逑被破坏后，底板岩层丧失竖向承载能力，力学模型如图１－３所示，在底板岩层两逡逑端施加水平力Ｐ，，当Ｐ，．超过临界荷载时，底板岩层将发生压曲而失稳。并依据一逡逑维线膨胀理论计算了岩石膨胀引起底板的底鼓量，如图１－４所示。并基于凯尔文逡逑流模型和广义计算了底板流变引起的底鼓量。逡逑——ｔ＿＿＿＿＿＾Ｊ逡逑罐逦Ｉ逦＾逡逑图１－３底板岩层压曲［２９］逡逑Ｆｉｇ邋１－３邋Ｆｌｏｏｒ邋ｒｏｃｋ邋ｂｕｃｋｌｉｎｇ１２９１逡逑ｔｔ／ｌ逦ｈｔ＊ｉ逦Ｕ、ｆ２逡逑图１－４底板岩层弯曲位移计算图［２９１逡逑Ｆｉｇ邋１－４邋Ｆｌｏｏｒ邋ｒｏｃｋ邋ｂｅｎｄｉｎｇ邋ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ邋ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ１２９１逡逑郑成果［３（）］对隧道底鼓形式和底鼓过程进行了探讨，提出计算隧道底鼓量的方逡逑法。逡逑孔恒等［３１］结合工程实践，对隧道底部隆起的成因进行了全面分析，并对隧道逡逑底部隆起成因进行分类，提出控制隧道底部隆起技术；总结出隧道底部破坏的基逡逑本表现形式；从物理、力学和结构方向分析隧道底部结构隆起的，将隧道底部隆逡逑起的形式进行分类；提出隧道底部隆起的控制原则。逡逑胡元芳、刘志强等１３２１通过调研和现场试验，将高地应力软弱围岩地质条件下逡逑挤压大变形进行了分类。提出利用Ｈｏｅｋ方法对高地应力软岩条件下的挤压变形量逡逑进行判定和量值的估算

计算图,底板岩层,压曲

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２拱隆起变形事例分析及岩石强度劣化内外文献资料，归纳国内外典型隧道的仰拱隆起原因进行分类，总结影响隧道仰拱隆起变形的主岩石强度试验的调查，分析含水率对岩石强度的道仰拱隆起变形事例逡逑梁山隧道［５（）］逡逑况逡逑西省临汾市境内，地理位置如图２－１所示。双洞月开始建设，２０１３年６月全线贯通，２０１５年１月２

【参考文献】