本文選題：擾動(dòng)效應(yīng)　切入點(diǎn)：干預(yù)效應(yīng)　出處：《北京交通大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：近年以來(lái),我國(guó)城市軌道交通、高速鐵路、高速公路等交通基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)入了大規(guī)模建設(shè)期,作為交通工程的重要載體,隧道工程的建設(shè)數(shù)量大幅增加、施工難題層出不窮,隧道設(shè)計(jì)理論已經(jīng)明顯滯后于工程實(shí)踐。對(duì)支護(hù)與圍巖作用體系的力學(xué)特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)深度直接決定了隧道工程設(shè)計(jì)和施工的科學(xué)性、安全性及經(jīng)濟(jì)性。因此,論文采用數(shù)值模擬、理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)開(kāi)挖擾動(dòng)下圍巖變形的時(shí)空演化規(guī)律、隧道圍巖力學(xué)響應(yīng)的三維理論分析方法和支護(hù)結(jié)構(gòu)體系與圍巖相互作用的力學(xué)機(jī)理進(jìn)行了深入研究,闡明了隧道支護(hù)與圍巖作用體系的力學(xué)演化過(guò)程及其基本特點(diǎn),建立了一種新的支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度確定方法。主要的研究成果包括:(1)隧道開(kāi)挖擾動(dòng)效應(yīng)是支護(hù)與圍巖作用體系力學(xué)演化的根本動(dòng)力,無(wú)論地層結(jié)構(gòu)特性和圍巖物理力學(xué)參數(shù)如何變化,圍巖變形均會(huì)經(jīng)歷"變形加速→急劇變形→緩慢變形→變形穩(wěn)定"的四個(gè)階段,且隧道洞周圍巖變形的演化過(guò)程具有顯著的自相似特性,這是由隧道開(kāi)挖效應(yīng)疊加的周期特性決定的。隧道拱頂圍巖變形是判斷圍巖安全狀態(tài)的基準(zhǔn)指標(biāo),通過(guò)對(duì)側(cè)壓力系數(shù)為1的圍巖變形結(jié)果的擬合分析得到了隧道拱頂圍巖縱向變形曲線的計(jì)算公式。(2)將地層視為無(wú)限大或半無(wú)限大彈性體,以釋放應(yīng)力模擬隧道的開(kāi)挖效應(yīng),分別建立深埋和淺埋圓形隧道圍巖力學(xué)響應(yīng)的三維分析模型,基于Mindlin解推導(dǎo)了圍巖應(yīng)力和位移的積分計(jì)算公式,編制相應(yīng)的計(jì)算程序,通過(guò)與數(shù)值模擬結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證了其正確性,并分析了掌子面應(yīng)力釋放和洞壁應(yīng)力釋放對(duì)不同位置圍巖徑向位移和軸向位移影響的大小和范圍。(3)提出廣義和狹義隧道結(jié)構(gòu)體系的概念,闡明各類支護(hù)結(jié)構(gòu)的干預(yù)效應(yīng)及其在隧道施工力學(xué)演化過(guò)程中的核心作用。初期支護(hù)是圍巖荷載的主要承載結(jié)構(gòu),應(yīng)用了高強(qiáng)鋼筋的格柵混凝土復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)具有高強(qiáng)度和大變形的力學(xué)特性,尤其適用于特殊地質(zhì)和軟弱圍巖隧道。在擾動(dòng)效應(yīng)和干預(yù)效應(yīng)的共同作用下,圍巖變形演化仍呈現(xiàn)出四階段特性。(4)基于對(duì)圍巖變形演化規(guī)律和支護(hù)-圍巖相互作用力學(xué)機(jī)理的研究,結(jié)合對(duì)大量隧道監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,凝練出隧道支護(hù)與圍巖動(dòng)態(tài)作用過(guò)程的基本特點(diǎn),然后基于一致性、普適性和典型性的原則將隧道掌子面、初期支護(hù)施作和二次襯砌施作確定為三個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),并將隧道支護(hù)與圍巖的動(dòng)態(tài)作用過(guò)程劃分為四個(gè)典型階段,分別闡述各個(gè)階段的作用特點(diǎn)、關(guān)鍵問(wèn)題和控制要點(diǎn)。(5)基于隧道支護(hù)與圍巖相互作用的基本特點(diǎn)和圍巖力學(xué)響應(yīng)分析的三維力學(xué)模型,從隧道圍巖的支護(hù)需求出發(fā),建立了一種新的支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度確定方法�；趯�(shí)際工程對(duì)易用性的要求,編制了包含各分析步驟重要參數(shù)的支護(hù)結(jié)構(gòu)快速設(shè)計(jì)參考表。該方法具有便捷性、開(kāi)放性的特點(diǎn),其計(jì)算精度將隨理論研究的深入和計(jì)算技術(shù)的進(jìn)步而不斷提高。
[Abstract]:In recent years, our country city rail transportation, high-speed railway, highway and other transportation infrastructure in the large-scale construction period, as an important carrier of traffic engineering, tunnel engineering construction quantity increase, the construction problems of the tunnel design theory has been emerge in an endless stream, lagged behind the engineering practice. The depth of understanding mechanical characteristics of surrounding rock and support system directly determines the scientific tunnel engineering design and construction, safety and economy. Therefore, using numerical simulation, theoretical analysis, laboratory tests and statistical analysis on the temporal and spatial evolution of the excavation disturbance of surrounding rock deformation, three-dimensional theoretical mechanics response analysis method of tunnel surrounding rock and supporting structure and surrounding rock interaction system the mechanical mechanism is studied, the tunnel surrounding rock mechanics and the system evolution and its basic characteristics, establish A new method to determine the stiffness of the support structure. The main results include: (1) the tunnel excavation disturbance effect is the fundamental motive force supporting system evolution and rock mechanics, no matter how the structural characteristics of strata and rock mechanics parameters, the deformation of surrounding rock are four stages "to accelerate the deformation history the sharp deformation and slow deformation, deformation and stability", and the evolution process of rock around tunnel deformation has obvious self similarity, which is decided by the cycle characteristics of tunnel excavation effect. The tunnel surrounding rock deformation is to determine the benchmark security status of the surrounding rock, the calculation formula of lateral pressure coefficient for fitting analysis the results obtained with the surrounding rock deformation of 1 Tunnel Surrounding Rock longitudinal deformation curve. (2) the apparent formation is infinite or semi infinite elastic body, to release the stress simulation of tunnel excavation effect, respectively. The 3D analysis model of deep and shallow buried circular tunnel surrounding rock mechanics response, Mindlin analytical solutions of surrounding rock stress and displacement integral formula based on the corresponding program is compiled, by comparing with the numerical simulation results verify its correctness, and analyzes the face stress release and wall stress release size the influence of different position of the radial displacement and axial displacement of surrounding rock and range. (3) proposed the concept of broad and narrow tunnel structure, the core effect of the intervention to elucidate the role of supporting structure in tunnel construction mechanics and its evolution process. The initial support is the main bearing structure of surrounding rock load, the application of high strength steel grille concrete composite supporting structure with high strength and large deformation of the mechanical properties, especially suitable for the special geological and soft rock tunnel. In the action of disturbance effect and intervention effect of the, The surrounding rock deformation evolution still shows the characteristics of four stages. (4) the deformation evolution and support rock interaction mechanism research on surrounding rock based on the combination of statistical results of a large number of tunnel monitoring data, summarizes basic characteristics of tunnel support and surrounding rock dynamic process, and then based on consistency, universality and the typical principle of tunnel face, initial support and the two lining is determined as three key nodes, and divides the dynamic effect of tunnel supporting and surrounding rock process for four typical stages, respectively on the characteristics of each stage, and the key control points. (5) three dimensional mechanics the model response analysis of tunnel support and surrounding rock and rock mechanics based on basic characteristics, starting from the tunnel surrounding rock support needs to establish a new method to determine the stiffness of the support structure. Based on the actual engineering for ease of use According to the requirement of sex, a reference table for rapid design of supporting structures, which contains important parameters of all the analysis steps, has been compiled. This method is characterized by convenience and openness, and its calculation accuracy will continue to improve with the deepening of theoretical research and the progress of computing technology.

【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：U451

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李永剛;圍巖弱化法及其工程應(yīng)用的探討[J];水利水電技術(shù);1994年04期

2 杜靜;;板裂圍巖結(jié)構(gòu)彎曲失穩(wěn)分析[J];西部交通科技;2012年12期

3 傅鶴林,范臻輝,朱漢華,潘明軍;板裂介質(zhì)圍巖中的隧道襯砌與圍巖相互作用機(jī)理研究[J];公路交通科技;2003年05期

4 鄧尚平,傅鶴林;板裂介質(zhì)圍巖中的隧道襯砌與圍巖相互作用機(jī)理[J];采礦技術(shù);2003年01期

5 姜云,李永林,李天斌,王蘭生;隧道工程圍巖大變形類型與機(jī)制研究[J];地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù);2004年04期

6 王明年;劉大剛;劉彪;李海軍;;公路隧道巖質(zhì)圍巖亞級(jí)分級(jí)方法研究[J];巖土工程學(xué)報(bào);2009年10期

7 張鋼;;碎裂結(jié)構(gòu)圍巖塌方控制因素分析[J];科技資訊;2011年01期

8 孫健家;;軟弱淺埋隧道圍巖大變形控制技術(shù)研究[J];安徽建筑;2014年01期

9 喬海兵;葛家良;;地下隧道圍巖結(jié)構(gòu)特性對(duì)注漿效果的影響[J];巖土工程界;2007年08期

10 李永林,馮學(xué)鋼,姜云,何川;隧道工程圍巖大變形及預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)研究[J];現(xiàn)代隧道技術(shù);2005年05期

相關(guān)會(huì)議論文 前4條

1 黃運(yùn)飛;;關(guān)于圍巖弱化的幾個(gè)問(wèn)題[A];第四屆全國(guó)工程地質(zhì)大會(huì)論文選集（二）[C];1992年

2 姜云;;隧道工程圍巖大變形類型與機(jī)制研究[A];中國(guó)公路學(xué)會(huì)2004年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2004年

3 張延慶;;鉆開(kāi)油層井眼圍巖結(jié)構(gòu)模擬研究[A];第三屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（下）[C];1994年

4 王士民;朱合華;蔡永昌;李曉軍;;曙光反分析程序及其在工程中的應(yīng)用[A];全國(guó)巖土工程反分析學(xué)術(shù)研討會(huì)暨黃巖石窟（錦繡黃巖）巖石力學(xué)問(wèn)題討論會(huì)文集[C];2006年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 徐昌茂;基于圍巖穩(wěn)定性與超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的高鐵隧道鉆爆開(kāi)挖工法轉(zhuǎn)換條件研究[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué);2015年

2 郝杰;高地應(yīng)力區(qū)隧洞施工期圍巖質(zhì)量評(píng)價(jià)及穩(wěn)定性研究[D];新疆農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

3 于富才;隧道支護(hù)與圍巖作用體系的力學(xué)特性研究[D];北京交通大學(xué);2017年

4 房倩;高速鐵路隧道支護(hù)與圍巖作用關(guān)系研究[D];北京交通大學(xué);2010年

5 劉大剛;公路隧道施工階段巖體圍巖亞級(jí)分級(jí)研究[D];西南交通大學(xué);2007年

6 姜云;公路隧道圍巖大變形的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)與對(duì)策研究[D];成都理工大學(xué);2004年

7 李英杰;軟弱深埋隧道圍巖結(jié)構(gòu)特性及支護(hù)荷載確定方法研究[D];北京交通大學(xué);2012年

8 張哲;隧（巷）道開(kāi)挖擾動(dòng)區(qū)（EDZ）形成過(guò)程及機(jī)理的研究[D];東北大學(xué);2007年

9 耿曉杰;深埋條件下隧道穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用研究[D];北京科技大學(xué);2015年

10 代進(jìn);綜放回采巷道圍巖裂紋擴(kuò)展與類板結(jié)構(gòu)及其非均稱控制[D];山東科技大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 覃媛;圍巖與襯砌相互作用的隧洞力學(xué)分析[D];華北電力大學(xué);2015年

2 徐偉;武深高速公路小方山隧道施工圍巖—結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析研究[D];重慶交通大學(xué);2015年

3 蒲鷗;淺埋偏壓隧道的圍巖自穩(wěn)性研究及工程應(yīng)用[D];廣西大學(xué);2017年

4 龔書(shū)賢;層狀圍巖隧道力學(xué)特性及穩(wěn)定性研究[D];重慶大學(xué);2011年

5 劉彪;巖質(zhì)圍巖隧道的穩(wěn)定性研究[D];西南交通大學(xué);2008年

6 唐輝湘;散體圍巖淺埋隧道的開(kāi)挖與支護(hù)技術(shù)研究[D];長(zhǎng)沙理工大學(xué);2011年

7 曹君陟;圍巖動(dòng)載穩(wěn)定性的數(shù)值模擬研究[D];山東科技大學(xué);2005年

8 金昊;馬爾康隧道圍巖變形與穩(wěn)定性研究[D];西華大學(xué);2012年

9 熊亮;層狀圍巖隧道穩(wěn)定性及錨桿支護(hù)參數(shù)優(yōu)化[D];重慶大學(xué);2010年

10 全健;各級(jí)圍巖下隧道回填層合理剛度的區(qū)間分析[D];重慶交通大學(xué);2013年

，

本文編號(hào)：1621836