本文關鍵詞：軟弱圍巖既有隧道上方挖方與填方對承載拱效應影響研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來既有隧道上方挖、填方的近接工程大量涌現(xiàn)。在既有隧道上方挖方近接工程中,由于挖方可能導致圍巖承載拱的破壞,會使得襯砌與圍巖的受力發(fā)生改變。在既有隧道上方填方近接工程中,填方對于隧道來說是加載過程。圍巖與襯砌共同承擔荷載,但承擔比例受多項因素影響,且在填方過程中的承載拱內(nèi)變化機制尚不明確,導致填方引起襯砌內(nèi)力變化難以預測。因此研究既有隧道上方挖、填方過程中隧道承載拱的變化是必要的。本文采用理論分析、離心模型試驗和數(shù)值模擬的方法對既有隧道上方挖方對承載拱的破壞作用和填方過程中承載拱的形成和發(fā)展進行研究,同時運用應力準則和強度準則對既有隧道上方挖、填方近接施工影響進行分區(qū)。研究工作和主要成果如下：(1)以理論分析為基礎,對隧道承載拱的概念進行解釋,并對挖方過程中承載拱的破壞過程作出預測。在挖方起始階段,襯砌內(nèi)力和圍巖壓力下降；當挖方對承載拱產(chǎn)生破壞后,由于承載拱承載能力下降,導致承載拱承擔的荷載向襯砌轉(zhuǎn)移,致使圍巖壓力和襯砌內(nèi)力隨挖方減小過程中出現(xiàn)減緩段或反向增大段。針對既有隧道上方填方,以圍巖特征曲線為基礎,分析得出在深埋條件下,隧道承載拱剛度將隨塑性區(qū)發(fā)展下降。推測在深埋條件下的填方工程,襯砌承擔的圍巖壓力增量隨隧道塑性變形量增大而增加。(2)離心試驗得出：1)既有隧道上方挖方圍巖壓力及襯砌內(nèi)力變化過程與理論預測一致,圍巖壓力、襯砌軸力在減小過程中分別出現(xiàn)斜率減緩段、反向增大段。在定義了地應力承擔比的基礎上,以地應力承擔比作為離心試驗承載拱變范圍判斷的主要依據(jù),得出了柔性支護條件下的承載拱范圍為1.0-1.5D,剛性支護條件下承載拱范圍為2.0-2.5D。2)既有隧道上方填方的圍巖壓力及襯砌內(nèi)力變化隨填方呈近線性增加,根據(jù)拱頂?shù)貞Τ袚茸兓从吵鎏罘竭^程中承載拱的發(fā)展。因襯砌對圍巖變形的限制,導致承載拱塑性區(qū)發(fā)展較少,圍巖壓力無法得到有效釋放。在填方過程邊墻及墻腳發(fā)生應力集中,剛性支護與柔性支護邊墻處承擔比分別增加了0.6、0.46。(3)數(shù)值模擬得出：1)建立圓形隧道模型計算,對離心試驗規(guī)律進行對比驗證。2)以高速鐵路隧道斷面進行建模計算,得出Ⅴ級、Ⅵ級、黃土地層的隧道上方挖、填方過程中圍巖壓力、地應力承擔比、內(nèi)力變化規(guī)律。并定義附加地應力承擔比進而揭示了承載拱隨填方過程的變化規(guī)律。(4)針對挖方和填方過程分別選取應力準則和強度準則進行近接分區(qū),并根據(jù)分區(qū)結(jié)果進行回歸分析,得到了分區(qū)與初始埋深變化的數(shù)學關系。
【關鍵詞】：既有隧道 挖方 填方 承載拱 地應力承擔比(CSBR) 附加地應力承擔比(CSBRa)
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U451
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第1章 緒論12-18
• 1.1 選題背景及意義12-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.1 既有隧道上方挖方研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.2 既有隧道上方填方研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 本文研究方法16-17
• 1.4 技術路線17-18
• 第2章 既有隧道上方挖、填方理論研究18-28
• 2.1 既有隧道工程上方挖、填方一般力學原理研究18-26
• 2.1.1 隧道開挖后的應力重分布18-19
• 2.1.2 隧道開挖后彈性條件下的二次應力狀態(tài)19-20
• 2.1.3 隧道開挖后形成塑性區(qū)的二次應力狀態(tài)20-21
• 2.1.4 開挖后有支護的三次應力狀態(tài)21-24
• 2.1.5 既有隧道上方挖方分析24-25
• 2.1.6 既有隧道上方填方分析25-26
• 2.2 隧道承載拱效應主要影響因素26-27
• 2.3 本章小結(jié)27-28
• 第3章 離心模型試驗28-55
• 3.1 離心試驗方法介紹28-36
• 3.1.1 概述28
• 3.1.2 土工離心模型試驗方法的發(fā)展28-29
• 3.1.3 土工離心模型試驗原理29-36
• 3.2 既有隧道上方挖、填方離心試驗方案36-47
• 3.2.1 試驗設備37-39
• 3.2.2 離心試驗設計39-44
• 3.2.3 離心試驗過程44-47
• 3.3 試驗結(jié)果分析47-54
• 3.3.1 挖方結(jié)果分析47-51
• 3.3.2 填方結(jié)果分析51-54
• 3.4 本章小結(jié)54-55
• 第4章 既有隧道上方挖、填方數(shù)值模擬55-74
• 4.1 離心試驗與數(shù)值模擬對比分析55-61
• 4.1.1 數(shù)值模擬模型介紹55-57
• 4.1.2 既有隧道上方挖方結(jié)果分析57-60
• 4.1.3 既有隧道上方填方結(jié)果分析60-61
• 4.2 基于高速鐵路隧道斷面的數(shù)值模擬61-64
• 4.3 挖方數(shù)值模擬結(jié)果分析64-68
• 4.3.1 圍巖壓力結(jié)果分析64-65
• 4.3.2 地應力承擔比65-67
• 4.3.3 內(nèi)力結(jié)果分析67-68
• 4.4 填方數(shù)值模擬結(jié)果分析68-72
• 4.4.1 圍巖壓力結(jié)果分析68-69
• 4.4.2 附加地應力承擔比分析69-71
• 4.4.3 內(nèi)力結(jié)果分析71-72
• 4.5 本章小結(jié)72-74
• 第5章 既有隧道上方挖、填方近接分區(qū)74-83
• 5.1 影響分區(qū)標準74-76
• 5.1.1 近接施工的分區(qū)準則74
• 5.1.2 挖方分區(qū)準則74-75
• 5.1.3 填方分區(qū)準則75-76
• 5.2 挖方影響分區(qū)76-78
• 5.3 填方影響分區(qū)78-81
• 5.4 挖、填方近接既有隧道施工對策81-82
• 5.5 本章小結(jié)82-83
• 結(jié)論與展望83-85
• 結(jié)論83-84
• 進一步研究展望84-85
• 致謝85-86
• 參考文獻86-90
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文90

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本文編號：352881