本文選題：膨脹土　切入點：隧道　出處：《華中科技大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：膨脹土具有明顯的脹縮性、裂隙性、超固結性等特殊力學特性,無論在隧道施工中或建成后都給工程帶來許多難題。目前,我國對膨脹土隧道的研究主要集中于開挖過程的支護結構分析,針對隧道運營期間的隧道結構的研究十分有限。然而,隧道建成后,長期的降雨入滲和脹縮過程的不斷循環(huán)將嚴重威脅到膨脹土隧道的安全性及使用壽命。對此,本文依托南京平山淺埋膨脹土隧道項目,對膨脹土隧道運營期間降雨作用下的隧道結構力學響應與安全性進行探究,主要研究工作包括:(1)系統(tǒng)論述了膨脹土力學特性,通過室內(nèi)試驗,測定了土體的自由膨脹率以及無荷載膨脹率,根據(jù)現(xiàn)有的膨脹等級判斷準則,確定了平山隧道膨脹土體的脹縮級別,得出了不同含水率對應的土體強度。同時,根據(jù)試驗數(shù)據(jù),擬合出了黏聚力、摩擦角與土體含水率之間的關系式。(2)根據(jù)溫度場與濕度場微分方程的相似性,運用有限差分軟件FLAC3D模擬了淺埋隧道降雨入滲過程,首先研究了非膨脹土增濕軟化效應對襯砌內(nèi)力及拱頂附加沉降的影響。之后探究了淺埋膨脹土隧道增濕過程中不同膨脹率、圍巖變形模量和埋深下襯砌內(nèi)力分布與襯砌安全系數(shù)的變化規(guī)律。最后,分析了干濕循環(huán)作用對膨脹土圍巖安全儲備系數(shù)、襯砌內(nèi)力分布、襯砌安全系數(shù)及拱頂附加沉降的影響。研究結果表明:增濕軟化效應、土體膨脹率與干濕循環(huán)作用對膨脹土淺埋隧道的襯砌內(nèi)力與拱頂附加沉降的影響十分顯著,在最不利情況下,膨脹率增加使得襯砌安全系數(shù)減小了34.5%,故在膨脹土隧道支護設計應充分考慮這三種影響因素,選取更為保守的安全系數(shù)。
[Abstract]:Expansive soil has many special mechanical properties, such as dilatancy and shrinkage, fissures, overconsolidation and so on. It brings many problems to the project, whether in the tunnel construction or after the completion of the tunnel. At present, The research on expansive soil tunnel in our country is mainly focused on the analysis of supporting structure during excavation, but the research on tunnel structure during tunnel operation is very limited. However, after the tunnel is completed, The continuous circulation of long-term rainfall infiltration and dilatation will seriously threaten the safety and service life of expansive soil tunnel. For this reason, this paper relies on the project of shallow buried expansive soil tunnel in Pingshan, Nanjing. This paper probes into the mechanical response and safety of the tunnel structure under the action of rainfall during the operation of the expansive soil tunnel. The main research work includes: 1) the mechanical properties of the expansive soil are systematically discussed, and the mechanical properties of the expansive soil are discussed through laboratory tests. The free expansion rate and load free expansion rate of soil are measured. According to the existing criterion of expansion grade, the expansion and shrinkage level of expansive soil in Pingshan Tunnel is determined, and the soil strength corresponding to different moisture content is obtained. At the same time, according to the test data, The relationship between cohesion, friction angle and soil moisture content is fitted. According to the similarity of differential equation between temperature field and humidity field, the rainfall infiltration process of shallow tunnel is simulated by using finite difference software FLAC3D. The influence of humidification and softening effect of non-expansive soil on lining internal force and additional settlement of arch roof is studied firstly, and then the different expansion ratio of shallow expansive soil tunnel during humidification process is discussed. The variation law of deformation modulus of surrounding rock and internal force distribution of lining under buried depth and lining safety coefficient are analyzed. Finally, the effect of dry and wet circulation on the safety reserve coefficient and lining internal force distribution of expansive soil surrounding rock is analyzed. Effects of lining safety factor and additional settlement on arch roof. The results show that the effect of humidification softening, soil swelling ratio and dry and wet circulation on the lining internal force of shallow buried tunnel with expansive soil and the additional settlement of arch roof are very significant. In the most disadvantageous case, the expansion rate increases the lining safety factor to reduce 34.5. therefore, in the expansive soil tunnel support design, we should fully consider these three factors, and select a more conservative safety factor.
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U451

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