不同特性黄土隧道变形规律研究

发布时间：2017-08-10 00:01

  本文关键词：不同特性黄土隧道变形规律研究

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【摘要】：黄土作为地质岩土体工程中的一种特殊土而被广泛研究。因其具有独特的垂直节理结构特性且因时代成因、形成区域以及含水量不同,实际工程上与普通岩石隧道差异性大,表现出不同的特性。利用黄土围岩工程特性,从含水率与液性指数出发去探讨处于不同性状的黄土隧道开挖过程围岩位移与力学形态变化。本文通过不同组室内模型试验和数值模拟结合的方法对不同特性浅埋黄土隧道开挖过程围岩变形特征进行了系统研究。室内进行相似材料正交配比试验,重塑成不同性状模型材料,利用相似地层材料进行室内地质力学模型试验,模拟开挖过程围岩位移和应力场变化情况。利用FLAC 3D数值模拟进一步分析开挖过程围岩变形规律,取得了重要成果。本文通过不同组模型试验研究了硬塑、软塑、流塑不同性状黄土隧道开挖过程洞室自稳性,空间变形形态。通过试验和数值模拟研究了隧洞边墙不同径向深度水平位移和拱部竖向位移的变形及衰减情况,并对三种特性黄土隧道径向位移衰减情况作了深入研究。研究了隧道不同部位围岩径向压力,研究了围岩随含水率与液限变化由硬塑过渡软塑继而过渡到流塑状时掌子面挤出变形发展速率、拱顶沉降与地表沉降速率以及水平收敛速率的比较。研究了三种性状黄土隧道开挖过程洞周先行位移情况。提出了用“坍落角”判定流塑状黄土隧道掌子面失稳极限状态。
【关键词】：隧道 黄土围岩 变形 模型试验 数值模拟
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U451
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 研究意义及国内外研究现状10-13
• 1.1.1 研究意义10-11
• 1.1.2 黄土隧道研究现状11
• 1.1.3 地质力学模型试验研究现状11-12
• 1.1.4 黄土围岩含水率变化对隧道围岩变形形态影响的研究现状12-13
• 1.2 黄土工程特性概述13-16
• 1.2.1 黄土分布状态13-14
• 1.2.2 黄土的成因14
• 1.2.3 黄土的力学性质14-16
• 1.3 黄土隧道围岩分级16-18
• 1.3.1 围岩分级思路和指标16
• 1.3.2 围岩分级16-18
• 1.4 本文的研究内容及方法18-20
• 第二章 模型试验原理及黄土工程力学性能试验20-35
• 2.1 引言20
• 2.2 相似理论的基本知识20-25
• 2.2.1 相似原理20-21
• 2.2.2 相似理论基本定律21-22
• 2.2.3 模型试验相似关系的推导22-25
• 2.2.4 相似比及参数的确定25
• 2.3 黄土含水率指标及状态划分25-27
• 2.3.1 塑性指数25-26
• 2.3.2 液性指数26
• 2.3.3 不同状态的黄土划分标准26-27
• 2.4 黄土物理力学参数室内试验及模型材料参数确定27-33
• 2.4.1 黄土物理力学性能室内试验27-31
• 2.4.2 模型材料参数的确定31-33
• 2.5 重塑黄土模型材料的现场制作33
• 2.6 本章小结33-35
• 第三章黄土隧道地质力学模型试验研究35-63
• 3.1 引言35
• 3.2 硬塑状态黄土地质力学模型试验研究35-40
• 3.2.1 地质力学模型试验装置及制作35-36
• 3.2.2 试验监测元件及测点布置36-39
• 3.2.3 隧道开挖方法39
• 3.2.4 开挖过程围岩稳定的宏观表现39-40
• 3.3 软塑及流塑状态黄土隧道模型试验研究40-45
• 3.3.1 模型制作40
• 3.3.2 模型箱填土方案40-41
• 3.3.3 测点布置41-42
• 3.3.4 监测元件及布设42-43
• 3.3.5 开挖方法43-44
• 3.3.6 支护结构的制作44
• 3.3.7 台阶法开挖过程隧道围岩的宏观表现44-45
• 3.4 模型试验结果及分析45-61
• 3.4.1 硬塑状黄土隧道模型试验结果分析45-51
• 3.4.2 软塑状黄土隧道模型试验结果分析51-56
• 3.4.3 流塑状黄土隧道模型试验结果分析56-61
• 3.5 本章小结61-63
• 第四章 FLAC 3D隧道施工模拟理论63-68
• 4.1 引言63
• 4.2 FLAC 3D求解原理63-64
• 4.3 计算假定和模型的参数选取64-65
• 4.3.1 计算假定64-65
• 4.3.2 模型参数的选取65
• 4.4 围岩本构模型的选取65
• 4.5 开挖模型的模拟65
• 4.6 初期支护的模拟65-67
• 4.6.1 钢拱架的模拟66
• 4.6.2 喷混凝土层的模拟66-67
• 4.7 初始应力场的模拟67-68
• 第五章 黄土隧道变形规律数值模拟研究68-95
• 5.1 引言68
• 5.2 计算模型的选取及材料参数68-70
• 5.2.1 模型的建立68-69
• 5.2.2 计算假定69
• 5.2.3 模型参数选取69-70
• 5.3 监测点布置70
• 5.4 硬塑黄土隧道数值分析70-77
• 5.4.1 围岩内部位移71-75
• 5.4.2 支护结构应力分析75-76
• 5.4.3 塑性区分析76-77
• 5.5 软塑黄土隧道变形分析77-83
• 5.5.1 围岩内部位移分析77-81
• 5.5.2 支护结构应力分析81-82
• 5.5.3 围岩塑性区分析82-83
• 5.6 流塑黄土隧道变形分析83-89
• 5.6.1 围岩内部位移分析84-87
• 5.6.2 支护结构应力分析87-88
• 5.6.3 围岩塑性区分析88-89
• 5.7 不同性状黄土隧道变形规律对比分析89-93
• 5.7.1 围岩最终变形对比89-91
• 5.7.2 隧道径向位移衰减对比分析91-93
• 5.8 本章小结93-95
• 第六章 数值模拟与模型试验结果对比分析95-100
• 6.1 引言95
• 6.2 洞周位移对比分析95-98
• 6.2.1 拱顶沉降变形数值模拟与试验对比分析95-96
• 6.2.2 水平收敛变形数值模拟与试验对比分析96-97
• 6.2.3 围岩内部测点位移数值模拟与试验对比分析97-98
• 6.3 掌子面最大挤出位移对比分析98
• 6.4 最大地表沉降对比分析98-99
• 6.5 本章小结99-100
• 第七章 结论与展望100-103
• 7.1 主要结论100-102
• 7.2 展望102-103
• 参考文献103-105
• 致谢105-106
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表论文106

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