泥巖隧道基底軟化對仰拱的影響性分析
發(fā)布時間：2021-01-31 01:18
隨著“一帶一路”為西北地區(qū)交通路網(wǎng)的發(fā)展帶來新的機遇,西北地區(qū)交通隧道建設步入快車道。當隧道穿越泥巖地層時,由于基底滲水的原因,基底泥巖的物理、力學特性發(fā)生明顯改變,導致仰拱的力學變形特性受到影響;文中通過理論分析、室內(nèi)試驗與數(shù)值模擬結合的方法,對泥巖隧道基底遇水軟化環(huán)境下的隧道仰拱破壞特征進行了研究,總結出基底軟化時仰隆起變形的破壞機制。通過對既有文獻的整理總結,歸納出泥巖隧道仰拱的力學計算方法,對仰拱的破壞模式進行了推廣;并對既有的隧道仰拱破壞案例和處置措施進行總結和分析。關于泥巖的室內(nèi)試驗,主要研究了其滲透、膨脹特性。原狀樣與重塑樣的滲透試驗中,通過設置試樣的干密度、壓力水頭、上覆荷載、初始含水率等因素,得出泥巖試樣在上覆荷載的作用下滲透系數(shù)出現(xiàn)明顯減小;而對干密度不同的重塑土樣,隨著干密度的增加,由于泥巖內(nèi)部的孔隙及滲流通道越少,滲透系數(shù)呈減小的趨勢。在不同水頭高度的重塑土樣滲透試驗中,隨著水頭高度增加,滲透壓力增大,出現(xiàn)滲透系數(shù)逐漸增大的現(xiàn)象,并且水頭高度越大泥巖試樣的滲透系數(shù)越大,變化率越明顯;不同含初始水率的重塑土樣,隨著初始含水率的增加,滲透系數(shù)在一定范圍內(nèi)先減小,達到...
【文章來源】：蘭州交通大學甘肅省
【文章頁數(shù)】：102 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
甘肅地質(zhì)圖
蘭州交通大學碩士學位論文-5-算，研究了仰拱邊緣應力。Haramy.K[30]使用簡支梁的方法來模擬隧道仰拱結構的受力變形特征，假設襯砌結構類似于梁，并采用力學分析的方法對襯砌的整體穩(wěn)定性進行了的規(guī)律總結與探究。Wittke-gattermann.P[31]綜合彈塑性力學原理，在計算圍巖應力的過程中引入了時間變量，并考慮圍巖材料的各向異性，提出了膨脹性圍巖的三維本構模型。Anagnostou.G[32]認為圍巖軟化的過程中先發(fā)生膨脹致使仰拱隆起破壞，而圍巖的礦物成分與分子結構是其本質(zhì)原因，綜合分析描述了圍巖膨脹軟化的發(fā)育過程，從微觀學的角度解釋了隧道仰拱隆起的成因。康紅普[33]在其專著中提出：軟巖巷道破壞的主要原因是底板巖層彈塑性變形、底板巖層擴容、底板巖層遇水膨脹、軟化和底板巖層流變和底板巖層彎曲斷裂；而巷道底鼓的研究內(nèi)容則包括軟巖性質(zhì)、巷道底鼓的機理及防治措施三大方面。ShigekazuSeki等[34]通過關于導致隧道仰拱隆起的模型試驗提出不同因素交叉影響導致仰拱破壞，主要因素體現(xiàn)在加載的方式，和包裹土層的物理力學性質(zhì)方面。王明年[35]基于大比例尺模型試驗，研究了隧道仰拱的力學行為，并提出仰拱可以極大的提供隧道結構的承載能力，控制圍巖內(nèi)塑性區(qū)的擴展，并約束隧道的凈空收斂，提高襯砌的整體安全性。圖1隧道是否設置仰拱時結構受力變形特點對比[36]陳少華[37]從結構計算的角度，認為石林隧道襯砌開裂的原因是隧道縱向基礎承載力有差別；而隧道仰拱產(chǎn)生隆起變形，其主要原因是因為仰拱下部基底的承載力不足所導致，開挖致使仰拱底部圍巖塑形變形過大無法恢復應力平衡，繼而仰拱的剛性結構狀態(tài)
泥巖隧道基底軟化對仰拱的影響性分析-8-（2）對泥巖進行室內(nèi)試驗，研究泥巖的滲透、膨脹特性，試驗內(nèi)容包括泥巖的原狀樣與重塑樣滲透性試驗和泥巖的膨脹性試驗，為后文基底軟化模擬提供一定的科學依據(jù)。（3）運用有限元軟件Abaqus對仰拱基底圍巖在未軟化與軟化狀態(tài)下，對仰拱受力進行建模分析，包括均勻軟化和不均勻軟化，設置沿深度方向的軟化范圍指標，得出軟化的范圍、軟化系數(shù)與仰拱受力的關系和規(guī)律。1.3.2技術路線本文針對泥巖隧道基底軟化，對泥巖的滲透、膨脹特性及仰拱的應力、變形特征進行研究，具體技術路線如下圖1.3.1：圖1.3.1技術路線圖
【參考文獻】：
期刊論文
[1]考慮應變軟化和擴容的圓形巷道圍巖強度準則效應[J]. 潘繼良,高召寧,任奮華. 煤炭學報. 2018(12)
[2]大斷面隧道仰拱底鼓破壞模式[J]. 杜明慶,張頂立,王旭春,管曉明,曾柯涵,周秋爽. 中國公路學報. 2018(10)
[3]黃土隧道仰拱結構受力特性試驗研究[J]. 劉恒顯,梁慶國,丁冬冬. 地下空間與工程學報. 2018(S1)
[4]低黏土礦物含量原狀泥巖膨脹力試驗研究[J]. 王炳忠,王起才,張戎令,薛彥瑾,王天雙,任潔. 水利水運工程學報. 2018(02)
[5]寶蘭客專蘭州段泥巖軟化特性的微觀研究[J]. 張晉東,梁慶國,樊純壇. 鐵道標準設計. 2018(05)
[6]隧道及地下工程的基本問題及其研究進展[J]. 張頂立. 力學學報. 2017(01)
[7]寶蘭客專泥巖隧道受力特性試驗研究[J]. 張欽鵬,梁慶國,孟博文,王新東. 鐵道科學與工程學報. 2016(11)
[8]泥巖的峰后軟化力學模型[J]. 張力偉,賈善坡,鄒江濤,舒婧曦. 中國科技論文. 2016(21)
[9]軟化泥巖對隧道仰拱的受力特性影響研究[J]. 丁冬冬,梁慶國,徐善常,王新東. 鐵道科學與工程學報. 2016(10)
[10]天然和飽水狀態(tài)下泥巖力學性質(zhì)及損傷變形能量特征分析[J]. 謝吉尊,馮文凱,胡云鵬,吳剛,喬瑩瑩. 水文地質(zhì)工程地質(zhì). 2016(03)
碩士論文
[1]不同基底圍巖條件下的隧道仰拱承載特性研究[D]. 劉恒顯.蘭州交通大學 2019
[2]膨脹性圍巖隧道底部隆起力學機理與處治技術研究[D]. 張化川.長安大學 2018
[3]高速公路黃土隧道仰拱開裂原因分析[D]. 丁冬冬.蘭州交通大學 2017
[4]軟弱黃土公路隧道施工變形規(guī)律研究[D]. 王舉義.長安大學 2010
[5]桃樹埡軟弱圍巖隧道底鼓機理及控制技術研究[D]. 鄭成果.重慶大學 2009
本文編號：3009943
【文章來源】：蘭州交通大學甘肅省
【文章頁數(shù)】：102 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
甘肅地質(zhì)圖
蘭州交通大學碩士學位論文-5-算，研究了仰拱邊緣應力。Haramy.K[30]使用簡支梁的方法來模擬隧道仰拱結構的受力變形特征，假設襯砌結構類似于梁，并采用力學分析的方法對襯砌的整體穩(wěn)定性進行了的規(guī)律總結與探究。Wittke-gattermann.P[31]綜合彈塑性力學原理，在計算圍巖應力的過程中引入了時間變量，并考慮圍巖材料的各向異性，提出了膨脹性圍巖的三維本構模型。Anagnostou.G[32]認為圍巖軟化的過程中先發(fā)生膨脹致使仰拱隆起破壞，而圍巖的礦物成分與分子結構是其本質(zhì)原因，綜合分析描述了圍巖膨脹軟化的發(fā)育過程，從微觀學的角度解釋了隧道仰拱隆起的成因。康紅普[33]在其專著中提出：軟巖巷道破壞的主要原因是底板巖層彈塑性變形、底板巖層擴容、底板巖層遇水膨脹、軟化和底板巖層流變和底板巖層彎曲斷裂；而巷道底鼓的研究內(nèi)容則包括軟巖性質(zhì)、巷道底鼓的機理及防治措施三大方面。ShigekazuSeki等[34]通過關于導致隧道仰拱隆起的模型試驗提出不同因素交叉影響導致仰拱破壞，主要因素體現(xiàn)在加載的方式，和包裹土層的物理力學性質(zhì)方面。王明年[35]基于大比例尺模型試驗，研究了隧道仰拱的力學行為，并提出仰拱可以極大的提供隧道結構的承載能力，控制圍巖內(nèi)塑性區(qū)的擴展，并約束隧道的凈空收斂，提高襯砌的整體安全性。圖1隧道是否設置仰拱時結構受力變形特點對比[36]陳少華[37]從結構計算的角度，認為石林隧道襯砌開裂的原因是隧道縱向基礎承載力有差別；而隧道仰拱產(chǎn)生隆起變形，其主要原因是因為仰拱下部基底的承載力不足所導致，開挖致使仰拱底部圍巖塑形變形過大無法恢復應力平衡，繼而仰拱的剛性結構狀態(tài)
泥巖隧道基底軟化對仰拱的影響性分析-8-（2）對泥巖進行室內(nèi)試驗，研究泥巖的滲透、膨脹特性，試驗內(nèi)容包括泥巖的原狀樣與重塑樣滲透性試驗和泥巖的膨脹性試驗，為后文基底軟化模擬提供一定的科學依據(jù)。（3）運用有限元軟件Abaqus對仰拱基底圍巖在未軟化與軟化狀態(tài)下，對仰拱受力進行建模分析，包括均勻軟化和不均勻軟化，設置沿深度方向的軟化范圍指標，得出軟化的范圍、軟化系數(shù)與仰拱受力的關系和規(guī)律。1.3.2技術路線本文針對泥巖隧道基底軟化，對泥巖的滲透、膨脹特性及仰拱的應力、變形特征進行研究，具體技術路線如下圖1.3.1：圖1.3.1技術路線圖
【參考文獻】：
期刊論文
[1]考慮應變軟化和擴容的圓形巷道圍巖強度準則效應[J]. 潘繼良,高召寧,任奮華. 煤炭學報. 2018(12)
[2]大斷面隧道仰拱底鼓破壞模式[J]. 杜明慶,張頂立,王旭春,管曉明,曾柯涵,周秋爽. 中國公路學報. 2018(10)
[3]黃土隧道仰拱結構受力特性試驗研究[J]. 劉恒顯,梁慶國,丁冬冬. 地下空間與工程學報. 2018(S1)
[4]低黏土礦物含量原狀泥巖膨脹力試驗研究[J]. 王炳忠,王起才,張戎令,薛彥瑾,王天雙,任潔. 水利水運工程學報. 2018(02)
[5]寶蘭客專蘭州段泥巖軟化特性的微觀研究[J]. 張晉東,梁慶國,樊純壇. 鐵道標準設計. 2018(05)
[6]隧道及地下工程的基本問題及其研究進展[J]. 張頂立. 力學學報. 2017(01)
[7]寶蘭客專泥巖隧道受力特性試驗研究[J]. 張欽鵬,梁慶國,孟博文,王新東. 鐵道科學與工程學報. 2016(11)
[8]泥巖的峰后軟化力學模型[J]. 張力偉,賈善坡,鄒江濤,舒婧曦. 中國科技論文. 2016(21)
[9]軟化泥巖對隧道仰拱的受力特性影響研究[J]. 丁冬冬,梁慶國,徐善常,王新東. 鐵道科學與工程學報. 2016(10)
[10]天然和飽水狀態(tài)下泥巖力學性質(zhì)及損傷變形能量特征分析[J]. 謝吉尊,馮文凱,胡云鵬,吳剛,喬瑩瑩. 水文地質(zhì)工程地質(zhì). 2016(03)
碩士論文
[1]不同基底圍巖條件下的隧道仰拱承載特性研究[D]. 劉恒顯.蘭州交通大學 2019
[2]膨脹性圍巖隧道底部隆起力學機理與處治技術研究[D]. 張化川.長安大學 2018
[3]高速公路黃土隧道仰拱開裂原因分析[D]. 丁冬冬.蘭州交通大學 2017
[4]軟弱黃土公路隧道施工變形規(guī)律研究[D]. 王舉義.長安大學 2010
[5]桃樹埡軟弱圍巖隧道底鼓機理及控制技術研究[D]. 鄭成果.重慶大學 2009
本文編號：3009943
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