高地應(yīng)力區(qū)緩傾互層巖體隧道底鼓機理與控制技術(shù)研究
發(fā)布時間：2021-03-31 02:10
本文針對處于水平構(gòu)造應(yīng)力為主導(dǎo)的高地應(yīng)力區(qū)隧道的底鼓變形現(xiàn)象,以隧道底鼓機理和控制技術(shù)為主要研究內(nèi)容,采用資料調(diào)研、理論分析、數(shù)值模擬、現(xiàn)場監(jiān)測等手段,研究不同影響因素對隧道底鼓變形的影響,提出相應(yīng)的隧道底鼓控制技術(shù),通過FLAC3D數(shù)值計算軟件模擬來驗證該控制技術(shù)的可行性,并以老周巖隧道底鼓的整治做實例分析。主要研究內(nèi)容如下:（1）通過對前人研究成果的分析,將層狀巖體隧道的底鼓變形特征總結(jié)為:擠壓流動性底鼓、撓曲褶皺性底鼓、剪切錯動性底鼓�？偨Y(jié)處于水平構(gòu)造應(yīng)力為主導(dǎo)的高地應(yīng)力區(qū)互層巖體隧道的底鼓變形的主要影響因素:側(cè)壓力系數(shù)、巖層傾角、巖層層厚、巖體彈性模量。（2）為了研究水平構(gòu)造應(yīng)力為主導(dǎo)的互層巖體隧道底鼓的影響因素,選用上述4種影響因素,通過FLAC3D建立相應(yīng)的數(shù)值計算模型,研究單一影響因素和多因素共同作用下對隧道底鼓的影響規(guī)律。結(jié)果表明:在單一影響因素下,仰拱底鼓量隨側(cè)壓力系數(shù)先增大后減小,隨巖層傾角的增大而減小,隨硬質(zhì)巖層層厚的增大先增大后減小,隨硬質(zhì)巖彈性模量的增大而減小。在多因素共同作用下,各因素對隧道底鼓的影響敏感度排序依次...
【文章來源】：中國鐵道科學(xué)研究院北京市
【文章頁數(shù)】：105 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
技術(shù)路線圖
層狀巖體隧道底鼓機理分析10中國鐵道科學(xué)研究院式中，S為柔度系數(shù)，柔度矩陣[A]中的各個參數(shù)可用工程彈性常數(shù)表示為：111213222333445566yz1=,=-,=-11,=-,=111=,=,=yxzxxxxzyyzzxyzxSSSEEESSSEEESSSGGG=(2-2)2.1.2橫觀各向同性彈性本構(gòu)模型橫觀各向同性是正交各向異性的特殊情況，其特點是平行于層面的巖體各個方向都具有相同的彈性性質(zhì)，而垂直于層面的各層巖體的彈性性質(zhì)各不相同。針對層狀巖體本構(gòu)模型，國外一些學(xué)者Pinto[29]，salamon[29]，wardle和Gerrard[30]等曾采用等效均質(zhì)橫觀各向同性模型來模擬薄層狀巖體的變形特性。國內(nèi)一些學(xué)者也做了相關(guān)研究，楊春和[33]采用CosseratE&F提出的Cosserat理論[34]來模擬層狀巖體的變形特性。如圖2-1所示，假設(shè)xoy平面為橫觀各向同性面，根據(jù)對稱性原理，彈性矩陣[A]中各彈性常數(shù)滿足如下條件：圖2-1橫觀各向同性體Figure2-1Transverseisotropicbody
層狀巖體隧道底鼓機理分析18中國鐵道科學(xué)研究院2-2所示。圖2-2擠壓流動性底鼓力學(xué)模型Figure2-2Mechanicalmodelofsqueezefluiditykickdrum(2)撓曲褶皺性底鼓當(dāng)隧道底部巖層以脆性為主時，在平行于層理方向的地應(yīng)力作用下，隧道底部層狀巖體相當(dāng)于受到一對方向朝內(nèi)的水平作用力，在水平力作用下，隧道底部巖體向臨空方向發(fā)生位移，當(dāng)作用力超過層狀巖體撓曲變形的臨界值時，地板會發(fā)生撓曲褶皺變形而失穩(wěn)。其力學(xué)模型如圖2-3所示。圖2-3撓曲褶皺性底鼓力學(xué)模型Figure2-3Mechanicalmodelofflexuralandfoldabletunnelfloorheave(3)剪切錯動性底鼓當(dāng)隧道位于巖性較差的厚層巖體中，在高地應(yīng)力作用下，隧道有可能會發(fā)生底鼓。在水平力作用下，完整的層狀巖體會變形成楔塊巖體，楔體受到擠壓而發(fā)生錯動，隧道底板遭到剪切破壞產(chǎn)生底鼓。其力學(xué)模型如圖2-4所示。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]截至2019年底中國鐵路隧道情況統(tǒng)計[J]. 田四明,鞏江峰. 隧道建設(shè)(中英文). 2020(02)
[2]整體道床鐵路隧道隧底病害成因分析及整治方案設(shè)計[J]. 馬超鋒. 鐵道建筑. 2019(06)
[3]川藏鐵路沿線及鄰區(qū)環(huán)境工程地質(zhì)問題概論[J]. 郭長寶,張永雙,蔣良文,石菊松,孟文,杜宇本,馬春田. 現(xiàn)代地質(zhì). 2017(05)
[4]獅子嶺隧道病害成因分析與整治措施[J]. 趙鵬,付兵先,馬偉斌. 鐵道建筑. 2017(09)
[5]膨脹巖研究現(xiàn)狀及其隧道施工技術(shù)綜述[J]. 蒲文明,陳釩,任松,吳建勛,趙國軍. 地下空間與工程學(xué)報. 2016(S1)
[6]運營鐵路隧道水害引發(fā)的仰拱起鼓及襯砌開裂防治技術(shù)研究[J]. 代鴻明. 現(xiàn)代隧道技術(shù). 2016(03)
[7]應(yīng)力釋放后隧道穩(wěn)定安全系數(shù)研究[J]. 阿比爾的,鄭穎人,馮夏庭,向鈺周. 現(xiàn)代隧道技術(shù). 2016(02)
[8]高地應(yīng)力區(qū)緩傾互層巖體無砟軌道隧道底部隆起的成因分析及整治方案[J]. 肖小文,王立川,陽軍生,張學(xué)民. 中國鐵道科學(xué). 2016(01)
[9]武都西隧道底鼓機理及防治措施研究[J]. 薛曉輝,張軍,宿鐘鳴,孫志杰. 公路工程. 2015(05)
[10]向莆鐵路隧道道床積水、軌道隆起病害整治技術(shù)[J]. 肖廣智,薛斌. 現(xiàn)代隧道技術(shù). 2015(03)
本文編號：3110572
【文章來源】：中國鐵道科學(xué)研究院北京市
【文章頁數(shù)】：105 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
技術(shù)路線圖
層狀巖體隧道底鼓機理分析10中國鐵道科學(xué)研究院式中，S為柔度系數(shù)，柔度矩陣[A]中的各個參數(shù)可用工程彈性常數(shù)表示為：111213222333445566yz1=,=-,=-11,=-,=111=,=,=yxzxxxxzyyzzxyzxSSSEEESSSEEESSSGGG=(2-2)2.1.2橫觀各向同性彈性本構(gòu)模型橫觀各向同性是正交各向異性的特殊情況，其特點是平行于層面的巖體各個方向都具有相同的彈性性質(zhì)，而垂直于層面的各層巖體的彈性性質(zhì)各不相同。針對層狀巖體本構(gòu)模型，國外一些學(xué)者Pinto[29]，salamon[29]，wardle和Gerrard[30]等曾采用等效均質(zhì)橫觀各向同性模型來模擬薄層狀巖體的變形特性。國內(nèi)一些學(xué)者也做了相關(guān)研究，楊春和[33]采用CosseratE&F提出的Cosserat理論[34]來模擬層狀巖體的變形特性。如圖2-1所示，假設(shè)xoy平面為橫觀各向同性面，根據(jù)對稱性原理，彈性矩陣[A]中各彈性常數(shù)滿足如下條件：圖2-1橫觀各向同性體Figure2-1Transverseisotropicbody
層狀巖體隧道底鼓機理分析18中國鐵道科學(xué)研究院2-2所示。圖2-2擠壓流動性底鼓力學(xué)模型Figure2-2Mechanicalmodelofsqueezefluiditykickdrum(2)撓曲褶皺性底鼓當(dāng)隧道底部巖層以脆性為主時，在平行于層理方向的地應(yīng)力作用下，隧道底部層狀巖體相當(dāng)于受到一對方向朝內(nèi)的水平作用力，在水平力作用下，隧道底部巖體向臨空方向發(fā)生位移，當(dāng)作用力超過層狀巖體撓曲變形的臨界值時，地板會發(fā)生撓曲褶皺變形而失穩(wěn)。其力學(xué)模型如圖2-3所示。圖2-3撓曲褶皺性底鼓力學(xué)模型Figure2-3Mechanicalmodelofflexuralandfoldabletunnelfloorheave(3)剪切錯動性底鼓當(dāng)隧道位于巖性較差的厚層巖體中，在高地應(yīng)力作用下，隧道有可能會發(fā)生底鼓。在水平力作用下，完整的層狀巖體會變形成楔塊巖體，楔體受到擠壓而發(fā)生錯動，隧道底板遭到剪切破壞產(chǎn)生底鼓。其力學(xué)模型如圖2-4所示。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]截至2019年底中國鐵路隧道情況統(tǒng)計[J]. 田四明,鞏江峰. 隧道建設(shè)(中英文). 2020(02)
[2]整體道床鐵路隧道隧底病害成因分析及整治方案設(shè)計[J]. 馬超鋒. 鐵道建筑. 2019(06)
[3]川藏鐵路沿線及鄰區(qū)環(huán)境工程地質(zhì)問題概論[J]. 郭長寶,張永雙,蔣良文,石菊松,孟文,杜宇本,馬春田. 現(xiàn)代地質(zhì). 2017(05)
[4]獅子嶺隧道病害成因分析與整治措施[J]. 趙鵬,付兵先,馬偉斌. 鐵道建筑. 2017(09)
[5]膨脹巖研究現(xiàn)狀及其隧道施工技術(shù)綜述[J]. 蒲文明,陳釩,任松,吳建勛,趙國軍. 地下空間與工程學(xué)報. 2016(S1)
[6]運營鐵路隧道水害引發(fā)的仰拱起鼓及襯砌開裂防治技術(shù)研究[J]. 代鴻明. 現(xiàn)代隧道技術(shù). 2016(03)
[7]應(yīng)力釋放后隧道穩(wěn)定安全系數(shù)研究[J]. 阿比爾的,鄭穎人,馮夏庭,向鈺周. 現(xiàn)代隧道技術(shù). 2016(02)
[8]高地應(yīng)力區(qū)緩傾互層巖體無砟軌道隧道底部隆起的成因分析及整治方案[J]. 肖小文,王立川,陽軍生,張學(xué)民. 中國鐵道科學(xué). 2016(01)
[9]武都西隧道底鼓機理及防治措施研究[J]. 薛曉輝,張軍,宿鐘鳴,孫志杰. 公路工程. 2015(05)
[10]向莆鐵路隧道道床積水、軌道隆起病害整治技術(shù)[J]. 肖廣智,薛斌. 現(xiàn)代隧道技術(shù). 2015(03)
本文編號：3110572
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