【摘要】：由于膨脹性軟弱圍巖存在膨脹性、崩解性、流變性、易擾動性等特點,加之在構造應力的影響下,使得隧道在施工開挖后圍巖出現(xiàn)大變形偏壓現(xiàn)象,不僅對圍巖穩(wěn)定性造成破壞,同時伴隨著施工過程中對支護結(jié)構造成整體破壞。論文依托臥佛山隧道工程,通過現(xiàn)場監(jiān)測,室內(nèi)模型試驗,理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對膨脹性軟巖隧道圍巖與支護結(jié)構受力變形特征進行研究。1.通過對隧道圍巖大變形定義、類型、界定、發(fā)生機制及影響因素方面的研究,對在特定地質(zhì)條件下,圍巖與支護結(jié)構變形特征進行理論分析,并結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測資料,分析得到高地應力條件下軟巖大變形偏壓隧道圍巖與支護結(jié)構變形特征。2.為研究圍巖與支護結(jié)構施工力學效應,基于對初始地應力場及圍巖壓力理論的分析,對工程實用計算方法獲得圍巖壓力存在的缺陷進行論述,并對采用工程實用計算方法獲得圍巖壓力與工程現(xiàn)場獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)存在的差異進行分析,推導得到了彈塑性狀態(tài)下深埋軟弱圍巖在線性摩爾-庫倫強度準則及非線性Hoek-Brown強度準則下塑性區(qū)應力狀態(tài)、塑性區(qū)半徑及塑性區(qū)位移。3.通過圍巖與支護結(jié)構相互作用機理,分析地層特征曲線與支護特征曲線在u-p_i坐標平面上不同組合,得到在接近地層特征曲線最低點隧道開挖一段時間后采用柔性支護最為合理。結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù),由大變形偏壓隧道圍巖與支護結(jié)構受力特征可知,支護時機及支護剛度選擇不合理對支護結(jié)構造成嚴重破壞。4.采用地質(zhì)力學模型試驗,對軟巖偏壓隧道進行試驗研究,在不同側(cè)壓力條件下,將圍巖與支護結(jié)構沿軸心進行旋轉(zhuǎn)以模擬偏壓現(xiàn)象,通過模型相似比確定模型試驗圍巖大變形判定標準,并通過圍巖變形、圍巖與襯砌結(jié)構接觸壓力以及襯砌結(jié)構應力分析,了解軟巖偏壓條件下圍巖與支護結(jié)構受力變形規(guī)律,得到在偏壓條件下隧道施工重點監(jiān)控部位。5.通過數(shù)值分析,選用摩爾-庫倫彈塑性本構模型,模擬現(xiàn)場采用臺階法施工時,在一定水平構造應力條件下,對圍巖與支護結(jié)構受力變形特征進行分析,得出圍巖條件及水平構造應力對圍巖與支護體系的影響關系,并分析位移變形及塑性區(qū)分布特征。結(jié)果表明在大變形偏壓條件下,支護結(jié)構受力變形在仰拱及側(cè)壁處最為明顯,并在圍巖較好一側(cè)對支護施加一定壓應力,對支護造成破壞。6.對復雜圍巖條件下圍巖應力的彈塑性分析,提出大變形偏壓隧道設計理念及支護結(jié)構基本要求。通過復合型聯(lián)合支護以及2層初支體系對大變形偏壓隧道的圍巖穩(wěn)定作用進行模擬分析。
【學位授予單位】：長安大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U451.2
【圖文】：

表 2.1 軟質(zhì)巖按堅硬程度等級劃分表定性值單軸飽和抗壓強度(MPa)定性鑒定 代表性巖石較軟巖 15＜c ≤30錘擊聲不清脆，無回彈，較易擊碎；浸水后，指甲可刻出印痕1.強風化的極硬巖；2.弱風化的硬巖；3.未風化～微風化的凝灰?guī)r、千枚巖、砂質(zhì)軟巖 5＜ ≤15錘擊聲啞，無回彈，有凹痕，易擊碎；浸水后，手可掰開1.強風化的堅硬巖；2.弱風化～強風化的硬巖；3.弱風化的較軟巖；4.未風化的泥巖等；5.遇水軟化巖石：云母片巖、炭質(zhì)板巖極軟巖 ≤5錘擊聲啞，無回彈，有較深凹痕，手可捏碎；浸水后，可捏成團1.全風化的各種巖石；2.各種半成巖的巖石：第三系砂巖、泥巖等；3.第四系各種成因堆積物：如黃土、黏土、砂土、粉土、碎石土等；4.遇水軟化或膨脹型巖石：膨脹土

表 2.1 軟質(zhì)巖按堅硬程度等級劃分表定性值單軸飽和抗壓強度(MPa)定性鑒定 代表性巖石較軟巖 15＜c ≤30錘擊聲不清脆，無回彈，較易擊碎；浸水后，指甲可刻出印痕1.強風化的極硬巖；2.弱風化的硬巖；3.未風化～微風化的凝灰?guī)r、千枚巖、砂質(zhì)軟巖 5＜ ≤15錘擊聲啞，無回彈，有凹痕，易擊碎；浸水后，手可掰開1.強風化的堅硬巖；2.弱風化～強風化的硬巖；3.弱風化的較軟巖；4.未風化的泥巖等；5.遇水軟化巖石：云母片巖、炭質(zhì)板巖極軟巖 ≤5錘擊聲啞，無回彈，有較深凹痕，手可捏碎；浸水后，可捏成團1.全風化的各種巖石；2.各種半成巖的巖石：第三系砂巖、泥巖等；3.第四系各種成因堆積物：如黃土、黏土、砂土、粉土、碎石土等；4.遇水軟化或膨脹型巖石：膨脹土

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本文編號：2722866