百靖高速公路岩溶化围岩对连拱隧道中隔墙变形影响研究

发布时间：2017-09-05 18:48

  本文关键词：百靖高速公路岩溶化围岩对连拱隧道中隔墙变形影响研究

  更多相关文章： 岩溶 连拱隧道 数值分析 应力、位移变化规律 中隔墙 适宜长度

【摘要】：我国交通基础设施建设正在快速进行,修建于岩溶地区的公路隧道也越来越多,连拱隧道因桥隧衔接方便、线型流畅、占地少等特点受到设计人员的青睐。但连拱隧道跨度较大导致其施工工序十分繁琐、围岩应力变化情况复杂,使得其在岩溶地区的应用中仍存在一些问题。本文以百(色)靖(西)高速公路上陇眉1号连拱隧道为工程依托,采用二维、三维数值模拟方法研究溶洞位置、规模以及方向对连拱隧道中隔墙的影响并提出了不同岩溶条件下中隔墙的限制长度,为在岩溶区修建连拱隧道提供参考依据。主要研究工作及成果如下：(1)建立了考虑溶洞位置的数值模型,分析了不同位置的溶洞对连拱隧道中隔墙位移的影响。结果显示,从整体施工过程来看,对中隔墙水平位移的影响由大到小的溶洞位置依次为溶洞位于中隔墙正上方,左、右洞洞顶,中隔墙正下方以及中隔墙左、右侧。对竖向位移而言,溶洞位于中隔墙上方时,产生的隆起最大；位于中隔墙下方时,产生的沉降最大。溶洞位于其它位置时,对中隔墙竖向位移影响不大。(2)建立了考虑溶洞规模的数值模型,研究了不同规模的溶洞对连拱隧道中隔墙位移的影响。结果表明,溶洞半径越大,中隔墙水平位移越大,隆起值越大；溶洞半径越小,中隔墙沉降值越大。(3)建立了考虑溶洞方向的数值模型,研究了不同溶洞方向对连拱隧道中隔墙位移及应力的影响。结果表明,Y轴方向溶洞对中隔墙水平位移的影响最大,其次为Z轴方向溶洞,X轴方向溶洞对水平位移的影响最小,但是对中隔墙沉降影响最大,Y轴方向溶洞,对中隔墙隆起影响最大。(4)建立了考虑隧道埋深的数值模型,研究了多种工况下,不同类型的岩溶化围岩中,中隔墙的极限长度与坡度的关系。结果表明,针对本地区地质条件,连拱隧道在单跨10.75m,中隔墙宽3.5m,且上方有大型溶洞存在时,中隔墙不产生破坏的极限长度为60/tana (m), (a为边坡坡角)。在该种工况下,建议使用强度判据对连拱隧道进行稳定性判断。在岩溶发育极强烈的围岩中,连拱隧道在单跨10.75m,中隔墙宽3.5m时,中隔墙不产生破坏的极限长度为57/tana (m), (a为边坡坡角)。在该种工况下,建议使用位移判据对连拱隧道进行稳定性判断。
【关键词】：岩溶 连拱隧道 数值分析 应力、位移变化规律 中隔墙 适宜长度
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U452.1
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 绪论12-20
• 1.1 研究背景和意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-19
• 1.2.1 岩溶特性13
• 1.2.2 岩溶对隧道的危害13-15
• 1.2.3 岩溶隧道研究现状15-17
• 1.2.4 连拱隧道研究现状17-18
• 1.2.5 围岩稳定性判据18-19
• 1.3 问题的提出19
• 1.4 主要研究内容和方法19-20
• 2 考虑岩溶发育条件的连拱隧道数值分析模型的建立20-30
• 2.1 MIDAS/GTS程序简介20-21
• 2.2 工程概况21-25
• 2.2.1 工程区气候特征22-23
• 2.2.2 工程地质条件23-25
• 2.3 数值模型的建立25-30
• 2.3.1 基本假定25
• 2.3.2 模拟初始地应力25
• 2.3.3 模型及边界条件25-26
• 2.3.4 参数选取26-28
• 2.3.5 隧道开挖与支护过程模拟28-30
• 3 岩溶发育特征对连拱隧道中隔墙变形影响分析30-58
• 3.1 溶洞位置对连拱隧道中隔墙的影响结果分析30-37
• 3.1.1 溶洞位置对中隔墙水平位移的影响31-34
• 3.1.2 溶洞位置对中隔墙竖向位移的影响34-37
• 3.1.3 本节小结37
• 3.2 溶洞规模对连拱隧道中隔墙的影响结果分析37-43
• 3.2.1 溶洞规模对中隔墙水平位移的影响38-41
• 3.2.2 溶洞规模对中隔墙竖向位移的影响41-43
• 3.2.3 本节小结43
• 3.3 溶洞方向对连拱隧道中隔墙的影响结果分析43-57
• 3.3.1 基本假定43-44
• 3.3.2 模型及边界条件44
• 3.3.3 隧道开挖与支护过程模拟44-45
• 3.3.4 溶洞方向对中隔墙最大主应力值的影响45-49
• 3.3.5 溶洞方向对中隔墙最小主应力值的影响49-52
• 3.3.6 溶洞方向对中隔墙水平位移的影响52-54
• 3.3.7 溶洞方向对中隔墙竖向位移的影响54-57
• 3.3.8 本节小结57
• 3.4 本章小结57-58
• 4 大型溶洞存在时中隔墙适宜长度计算分析58-74
• 4.1 模型及边界条件58-59
• 4.2 对中隔墙应力的影响59-63
• 4.2.1 对中隔墙最大主应力的影响59-61
• 4.2.2 对中隔墙最小主应力的影响61-63
• 4.3 对围岩应力的影响63-66
• 4.3.1 对围岩最大主应力的影响63-64
• 4.3.2 对围岩最小主应力的影响64-66
• 4.4 对围岩位移的影响66-70
• 4.4.1 对围岩水平位移的影响66-68
• 4.4.2 对围岩竖向位移的影响68-70
• 4.5 中隔墙适宜长度确定70-72
• 4.6 本章小结72-74
• 5 岩溶发育极强烈围岩中的中隔墙适宜长度计算分析74-86
• 5.1 对中隔墙应力的影响74-77
• 5.1.1 对中隔墙最大主应力的影响74-76
• 5.1.2 对中隔墙最小主应力的影响76-77
• 5.2 对围岩应力的影响77-80
• 5.2.1 对围岩最大主应力的影响77-78
• 5.2.2 对围岩最小主应力的影响78-80
• 5.3 对围岩位移的影响80-83
• 5.3.1 对围岩水平位移的影响80-81
• 5.3.2 对围岩竖向位移的影响81-83
• 5.4 中隔墙适宜长度确定83-84
• 5.5 本章小结84-86
• 6 结论与展望86-88
• 6.1 结论86-87
• 6.2 展望87-88
• 参考文献88-92
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果92-96
• 学位论文数据集96

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本文编号：799698