高地应力条件下软岩隧道的变形分析及控制研究

发布时间：2017-06-25 12:07

  本文关键词：高地应力条件下软岩隧道的变形分析及控制研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高地应力区软岩隧道大变形问题一直是困扰隧道安全施工的难题。随着“一带一路”战略的实施,中西部地区将成为中国经济未来发展的新动力。经济的快速发展是以便捷的交通为前提的,高速铁路是连接各地区的主要交通枢纽,中西部地区将掀起一股高铁建设潮。中西部地区以山区为主,地势复杂,海拔高,铁路建设中经常遇到“长、大、深”隧道,受到地震断裂带和地质构造运动的影响,特别是高地应力软岩隧道在开挖过程中经常出现大变形破坏。本文以成兰高速铁路松潘隧道的施工建设为工程背景,对高地应力软岩隧道在不同侧压力系数作用下的变形特性进行数值分析,并结合松潘隧道的实测数据对隧道围岩参数进行反演计算,为后续施工设计提供指导。高地应力软岩隧道开挖的最大特点就是发生大变形,文中先阐述了国内外学者在高地应力软岩隧道开挖的大变形研究成果,了解目前国内外在软岩隧道大变形方面的研究现状。其次介绍了隧道围岩地应力的规律和高地应力的判断准则,隧道围岩是否处于高地应力用“围岩强度比”进行判断,不是单纯地根据地应力绝对值的大小进行判断。并介绍了隧道围岩产生变形的力学机理,为文中的研究奠定了理论基础。然后运用MIDAS/GTS有限元软件通过改变围岩的侧压力系数来研究不同水平地应力对高地应力软岩隧道开挖变形的影响。掌子面开挖对其前后方围岩的变形影响范围不同,且当隧道围岩的侧压力系数大于1时,隧道的最大竖向位移由拱顶向拱腰转移。随着侧压力系数由小变大,隧道围岩的水平位移由向外挤压逐渐向内收敛,呈线性增大,拱顶位移呈线性减小,结合隧道变形的实测数据,可以大致判断围岩的侧压力系数范围,为围岩参数的反分析计算提供依据。最后,以成兰铁路松潘隧道施工发生的大变形段为例,对隧道的水平位移和拱顶位移进行了数学回归分析,用相关系数最高的数学函数预测围岩的最终位移。根据围岩的最终变形量利用黄金分割法和MIDAS/GTS对围岩弹性模量E和侧压力系数K做正算反演分析计算,得到围岩弹性模量和侧压力系数,并利用同一施工段的断面实测数据验证了反算的围岩参数,证明了反演围岩参数的合理性和可行性。本文的研究具有一定的工程实用价值,可为隧道的动态施工在实测数据的处理利用方面的研究提供参考和借鉴。
【关键词】：高地应力 变形曲线 回归分析 MIDAS/GTS 参数反算
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.49
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 概述11-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 岩体地应力的研究现状12-14
• 1.2.2 软岩隧道大变形研究现状14-15
• 1.3 本文的研究目的及主要工作15-17
• 第二章 高地应力条件下软岩变形的力学分析17-26
• 2.1 地应力的概述17-20
• 2.1.1 地应力的构成及其规律17-19
• 2.1.2 高地应力的判断准则19-20
• 2.2 软岩隧道变形的力学分析20-25
• 2.2.1 软岩隧道变形的基本特征21
• 2.2.2 软岩隧道的变形机理21-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第三章 高地应力条件下不同侧压力系数软岩隧道开挖的变形特性26-47
• 3.1 隧道的施工设计26-29
• 3.1.1 隧道设计方法概述26-27
• 3.1.2 隧道围岩的分级27-28
• 3.1.3 隧道设计的预留变形量28-29
• 3.2 本构模型的选取29-32
• 3.2.1 莫尔库伦模型29-32
• 3.3 有限元法的介绍32-36
• 3.3.1 有限元的基本方程与边界条件33-35
• 3.3.2 有限元软件MIDAS/GTS的介绍35-36
• 3.4 软岩隧道的开挖变形特性36-46
• 3.4.1 地质条件及计算参数36-37
• 3.4.2 模型的建立37-39
• 3.4.3 软岩隧道开挖的变形特性39-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第四章 监测数据的回归分析及变形控制47-76
• 4.1 工程概况47-49
• 4.1.1 地形地貌47-48
• 4.1.2 地层岩性与地质构造48-49
• 4.2 监测数据的回归分析49-66
• 4.2.1 隧洞的监控量测50-51
• 4.2.2 隧洞实测数据回归分析51-66
• 4.3 围岩参数反演分析66-73
• 4.3.1 反演参数的选取66-67
• 4.3.2 位移反分析的计算67-69
• 4.3.3 反分析计算的结果与分析69-72
• 4.3.4 反演结果的对比分析72-73
• 4.4 软岩隧道大变形控制措施73-74
• 4.5 本章小结74-76
• 结论与展望76-78
• 1 结论76-77
• 2 展望77-78
• 参考文献78-82
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果82-83
• 致谢83-84
• 附件84

【参考文献】

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1 陈映江;陈友生;穆成林;;基于回归分析法的某隧道围岩变形规律研究[J];成都大学学报(自然科学版);2015年03期

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3 赵德安;陈志敏;蔡小林;李双洋;;中国地应力场分布规律统计分析[J];岩石力学与工程学报;2007年06期

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  本文关键词：高地应力条件下软岩隧道的变形分析及控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：482028