本文關(guān)鍵詞：高地應(yīng)力軟巖隧道掌子面前方巖體變形規(guī)律研究

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【摘要】：開發(fā)深部空間是隧道及地下工程未來發(fā)展的必然趨勢。隨著“巖土控制變形分析法”的提出,隧道掌子面前方巖體的變形越來越受到設(shè)計與研究人員的重視。高地應(yīng)力軟巖隧道由于埋深大、地質(zhì)條件復(fù)雜,掌子面前方巖體的變形監(jiān)測困難;目前,對其變形規(guī)律的研究還較少。因此,本文用模型試驗的方法研究高地應(yīng)力軟巖隧道掌子面前方巖體的變形規(guī)律,并根據(jù)所得的變形特征用三維數(shù)值模擬的方法比選出較適合于高地應(yīng)力軟巖隧道的開挖支護(hù)方式。主要研究工作與結(jié)論如下:(1)以黃土、石膏、石英砂、水泥和水為原料,用正交試驗法安排各組料的不同配比進(jìn)行了試驗,配置出了軟巖相似材料,材料的物理力學(xué)參數(shù)較好地符合了模擬實際工程所應(yīng)滿足的相似條件。(2)采用能夠?qū)崿F(xiàn)三向加載的模型試驗箱對相似地質(zhì)體進(jìn)行三向加載,以此來模擬巖體的高地應(yīng)力狀態(tài)。在模擬隧道開挖時對巖體應(yīng)力及變形進(jìn)行了實時監(jiān)測,分析得出了隧道掌子面前方巖體及圍巖的變形規(guī)律。(3)從模型試驗所得巖體變形規(guī)律可以看出,高地應(yīng)力軟巖隧道掌子面前方0.5倍洞徑范圍內(nèi)隧道超前變形較大,隧道2/3左右的超前變形在該段內(nèi)發(fā)生;其中核心巖體的擠出變形是隧道超前變形中變形值最大的部分。因此,要較合理地控制隧道的超前變形就必須對掌子面前方0.5倍洞徑范圍內(nèi)的核心巖體進(jìn)行預(yù)加固。(4)為了研究加固掌子面前方0.5倍洞徑范圍內(nèi)核心巖體對隧道巖體變形、圍巖應(yīng)力分布及襯砌受力的影響,用FLAC~(3D)對選取的3種不同開挖支護(hù)方式下的隧道施工進(jìn)行了三維數(shù)值模擬。(5)高地應(yīng)力軟巖隧道的施工應(yīng)允許核心巖體在合理的范圍內(nèi)充分地變形。通過核心巖體充分的擠出變形,隧道圍巖預(yù)收斂才可以得到充足的發(fā)展空間,圍巖應(yīng)力才能通過釋放和轉(zhuǎn)移的方式重分布;這不但有利于承載拱的形成,而且使得圍巖應(yīng)力分布更為合理。當(dāng)擠出變形受到嚴(yán)格限制后,圍巖應(yīng)力會向洞周集中,造成洞周較大范圍圍巖產(chǎn)生嚴(yán)重的擠壓破壞,圍巖失去自穩(wěn)能力、變形過大,隧道穩(wěn)定性難以控制。
【關(guān)鍵詞】：隧道 高地應(yīng)力 軟巖 超前變形 相似材料 模型試驗 錐形TBM
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U451
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-18
• 1.1 選題背景及研究意義9-10
• 1.1.1 選題背景9-10
• 1.1.2 研究意義10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 高地應(yīng)力軟巖隧道研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 隧道模型試驗研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.3 軟巖隧道掌子面前方巖體變形研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 研究中存在的問題15-16
• 1.4 研究的主要內(nèi)容和方法16-18
• 2 相似材料的選定18-25
• 2.1 地質(zhì)力學(xué)模型試驗相似理論18-20
• 2.1.1 相似三定理18-19
• 2.1.2 地質(zhì)力學(xué)單值條件19-20
• 2.2 依托工程概況20-21
• 2.2.1 地層巖性20
• 2.2.2 地應(yīng)力形態(tài)20-21
• 2.3 地質(zhì)體相似材料21-24
• 2.3.1 材料參數(shù)確定21
• 2.3.2 相似材料的研制21-24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 3 試驗系統(tǒng)的設(shè)計與測試25-33
• 3.1 模型箱及加載方式設(shè)計25-27
• 3.1.1 模型試驗箱設(shè)計25-26
• 3.1.2 加載方式設(shè)計26-27
• 3.2 巖體應(yīng)力與變形監(jiān)測裝置27-30
• 3.2.1 監(jiān)測裝置設(shè)計27-29
• 3.2.2 監(jiān)測裝置的布置29-30
• 3.3 試驗方法與測試30-32
• 3.4 本章小結(jié)32-33
• 4 掌子面前方巖體變形規(guī)律分析33-59
• 4.1 隧道巖體變形規(guī)律探究33-51
• 4.1.1 巖體變形規(guī)律對比分析35-41
• 4.1.2 不同應(yīng)力狀態(tài)下巖體變形規(guī)律分析41-51
• 4.2 不同應(yīng)力條件巖體變形對比分析51-54
• 4.2.1 各部分圍巖變形占比分析51-52
• 4.2.2 掌子面擠出變形對比分析52-54
• 4.2.3 襯砌對圍巖變形的控制54
• 4.3 隧道超前變形規(guī)律分析54-56
• 4.3.1 圍巖預(yù)收斂變形分析54-56
• 4.3.2 核心巖體擠出變形分析56
• 4.4 本章小結(jié)56-59
• 5 掌子面前方巖體變形控制59-84
• 5.1 數(shù)值模型及參數(shù)59-63
• 5.1.1 數(shù)值模型建立59-61
• 5.1.2 數(shù)值模型計算參數(shù)61-62
• 5.1.3 初始應(yīng)力場生成62-63
• 5.2 巖體變形規(guī)律模擬結(jié)果對比分析63-69
• 5.2.1 不同開挖支護(hù)方式圍巖變形規(guī)律對比分析64-67
• 5.2.2 核心巖體擠出變形規(guī)律對比分析67-69
• 5.3 支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖相互作用對比分析69-82
• 5.3.1 圍巖與初襯相互作用結(jié)果對比分析70-78
• 5.3.2 二襯受力情況對比分析78-81
• 5.3.3 控制核心巖體擠出變形對襯砌受力的影響81-82
• 5.4 本章小結(jié)82-84
• 6 結(jié)論與展望84-86
• 6.1 結(jié)論84-85
• 6.2 展望85-86
• 致謝86-87
• 參考文獻(xiàn)87-91
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果91

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：834959