地下水影响下浅埋大断面黄土隧道长期稳定性研究

发布时间：2020-10-27 02:02

　　 地下水问题一直以来是隧道施工和运营过程中不可避免的难题,浅埋大断面黄土隧道中由于围岩水环境的变化而导致衬砌结构开裂的案例不胜枚举,因此研究隧道围岩中水环境的变化对隧道稳定性的影响具有重要意义。本文依托黄延隧道某浅埋大断面黄土隧道工程实际,提出简化的分析模型,通过有限差分软件FLAC3D对大断面黄土隧道施工期流固耦合效应及其影响因素进行了分析,探讨了隧道围岩和支护结构的受力变形规律。而后,对隧道运营期可能出现的围岩增湿劣化、蠕变和冻胀等外界水环境变化下二次衬砌的受力变化规律进行了研究,主要研究成果及结论如下:(1)拱部整体下沉是大断面黄土隧道围岩的主要变形规律,地下水对围岩和支护结构的稳定性影响较大,考虑耦合效应影响小于不耦合效应 随着地下水位和埋深的增大以及偏压倾角的减小,围岩和支护结构的变形和受力均在增大,埋深对围岩压力影响最大,偏压倾角次之,地下水位影响最小。(2)考虑隧道上覆围岩增湿劣化影响时,二次衬砌应力均近似呈线性增长,衬砌边墙、拱脚和拱底等部位均为受力最不利位置。增湿范围对二次衬砌受力的影响明显大于增湿程度。(3)考虑隧道开挖后围岩塑性区处黄土在不同含水率条件下产生蠕变作用时,衬砌拉应力呈现出先减小后增大最后趋于稳定的变化规律,压应力则为先增大后趋于稳定的变化规律。衬砌轴力和弯矩的变化规律与应力相一致,且均在隧道运营10年时趋于稳定。含水率一定时,衬砌应力随埋深增大而增大。埋深一定时,衬砌应力随含水率增大而减小。(4)考虑隧道围岩冻胀作用时,得出衬砌不同部位应力整体上随着冻胀率、冻结壁厚度、冻胀时间的增大而增大,随着衬砌刚度和厚度的增大而减小,由衬砌最不利位置拱脚部位的压应力影响程度可将众影响因素按由大到小的顺序排列如下:冻胀率冻胀时间冻结壁厚度衬砌刚度衬砌厚度。
【学位单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U452.11
【部分图文】：

１绪论??１绪论??１．１研究背景??我国是一个人１４众多、地质复杂、山川丘陵占地２／３以上的发展中国家。０改革丌放??政策实施以来，中国经济得到了大发展大繁荣，人民生活水平得到了极大地改善，中国城??市化进程达到了前所未有的高度。经济要发展，交通当先行ｆ交通建设发展的重要性足以??显现＝十二五规划明确要求要加快中西部地Ｍ交通建设和促进现代城际城市交通发展。隧??道作为交通建设中的重要组成部分，近些年来？直保持着突飞猛进的发展态势，这「４以从??隧道建设的数量和里程上得以论证。阁１－１中ｕ、ｂ）分别给出了不同年份Ｆ中国公路和??铁路隧道的建设和发展现状，据统计截１卜．２０１６年底，中围公路隧道建设１５１８１处，里程达??１４０３９．７ｋｍ，比２０１５年分别增加Ｕ?７５处和１３５５，８ｋｍ。中国在建和规划建设的铁路隧道正在??与Ｒ俱增，预计截至２０２０年底，中国投入运营的铁路隧道总景将达到１．７万座，总长将突??破２万ｋｍ，中国将成为隧道工程的超级大国［１－２］。??１６ＨＵ?１４?ｍ，?１６?棚??

巧６＾１粉质粘土、Ｔ３ｙ强弱风化砂岩。隧道大部分处于地卜ＶＫ位以ｈ洞身以ＱＰ＋ｐ１粉质??粘土为主，隧道断面设〖丨？采用复合式衬砌，支护结构设Ｈ？参数如表２－１所示，隧道断而与??支护结构设计如图２－２所示。??表２－１支护结构设计参数??Ｔａｂ．２－１?ｔｈｅ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?ｓｕｐｐｏｒｔ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ??锚杆?钢筋网?钢拱架??—￣￣＾????Ｃ２０?喷射?Ｃ２５?钢筋??＾?■＾一型号＿漏土厚度麵土厚度??ｍ?ｍｍ?Ｍ?ｍ?ｃｍ?ｃｍ??Ｖ?级?５?２２?１?２Ｘ２?１２５ａ?６?３１?６０??３１ｃ？Ｓ喷射混凝土??Ｌ＾ＯＯ，?ｍ?＾?６０ｃｍ厚桡筑钢筋混凝土衬砌???１５７３?Ｊ??图２－２隧道断面设计图??Ｆｉｇ．?２－２?ｔｕｎｎｅｌ?ｓｅｃｔｉｏｎ?ｄｅｓｉｇｎ??２．４数值模拟说明??２．４．１模型建立及参数选取??（１）模型建立??１５??

（ａ）围岩网格?（ｂ）支护结构??图２－３?＿岩４支护结构网格划分閔??Ｐｉｇ．?２－３?Ｔｈｅ?ｍａｐ?ｏｆ?ｍｅｓｈｉｎｇ?ｏｆ?ｓｕｉｒｏｕｎｄｉｎｇ?ｒｏｃｋ?ａｎｄ?ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ?ｓｔｍｃｔｕｒｅｓ??（２＞参数选取??由黄延隧道地勘和设ｉｌ？资料出发，参考已有的室内试验研究成果和相关的手册［Ｓ９］与??规范得出围岩和支护结构的物理力学参数如表２－２所示。针对初期支护计算弹模的取值??方法，目前主要分为等效法和模拟法等效法核心是将钢拱架的弹性模量通过面枳等??效折算给喷射混凝土，模拟法则是详细的考虑了钢拱架的设计参数，两种方法分别按式??（２．２０）、（２．２１）计取。??Ｅ?＝?｛ＥｃＡ＋ＥａＡａ）！Ａ?｛２．２０）??五?＿?ｙｊｉｉ＾ｉｈｏｔ５?＋?１?＾：ｈｏｔ?￣?＾ｓｈｏｆ＾ｉＵｆｉ?＾?ａ?］￣?（，，１）??＂扼ａ?一??当喷射混凝土厚度小于３〇Ｃｍ时，折箅法算出来的等效弹性模暈大于等效方法计算值，??两种ｉｔ兑方法在喷射混凝土厚度为３０￣４０ｃｍ时
【参考文献】

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本文编号：2857856