我國西部黃土高原區(qū)地形起伏大,由于線路縱坡限制,鐵路線路通過黃土塬區(qū)常以隧道的形式穿越。銀川-西安高速鐵路（簡稱銀西鐵路）穿越塬區(qū)時,遇到較厚具有弱膨脹性的古土壤層,而已有關(guān)于穿越膨脹性地層隧道開挖及支護(hù)方式多參照未考慮膨脹力的黃土地層的施工經(jīng)驗,使得穿越膨脹性古土壤地層的隧道襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)性能存在較大風(fēng)險。論文以銀西鐵路早勝隧道為依托工程,通過室內(nèi)試驗,數(shù)值模擬,現(xiàn)場監(jiān)測相結(jié)合的方法,對穿越膨脹性古土壤層大斷面隧道襯砌受力特征進(jìn)行研究,揭示膨脹力荷載作用下襯砌力學(xué)響應(yīng)及內(nèi)力分布特征,提出適用于古土壤層的襯砌厚度設(shè)計參數(shù)。論文的研究取得如下成果:（1）通過室內(nèi)試驗系統(tǒng)研究了古土壤的工程特性,并分別根據(jù)含水率和原狀、重塑古土壤的強(qiáng)度、膨脹力、膨脹率的關(guān)系,得到以含水率為自變量的古土壤強(qiáng)度、膨脹指標(biāo)表達(dá)式。根據(jù)古土壤在干濕循環(huán)以及外部荷載耦合作用下的損傷變量,建立考慮含水率變化及荷載作用下的古土壤損傷方程。（2）依據(jù)早勝古土壤隧道工程建立地層結(jié)構(gòu)模型,根據(jù)滲流方程與溫度傳導(dǎo)方程在表達(dá)形式上的一致性以及溫度場和水分場的關(guān)聯(lián)性,采用溫度場替代水分場模擬古土壤膨脹力影響下初期支護(hù)的應(yīng)力-應(yīng)變場。根... 

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 古土壤成因及膨脹機(jī)理
        1.2.2 古土壤膨脹特性及力學(xué)特性
        1.2.3 穿越膨脹地層隧道襯砌受力特性
        1.2.4 現(xiàn)有研究存在的不足
    1.3 研究內(nèi)容及技術(shù)路線
        1.3.1 主要研究內(nèi)容
        1.3.2 技術(shù)路線
2 工程概況及古土壤特性
    2.1 工程概況
        2.1.1 工程簡介
        2.1.2 地層巖性
        2.1.3 開挖支護(hù)參數(shù)
    2.2 古土壤的力學(xué)特性
        2.2.1 取樣及試樣制備
        2.2.2 古土壤力學(xué)參數(shù)
        2.2.3 不同含水率下強(qiáng)度特性
    2.3 古土壤的膨脹特性
        2.3.1 試驗原理
        2.3.2 古土壤有荷膨脹率規(guī)律
        2.3.3 不同含水率下膨脹特性
    2.4 干濕循環(huán)與外荷載作用下古土壤的本構(gòu)關(guān)系
        2.4.1 外荷載引起的古土壤損傷
        2.4.2 干濕循環(huán)與外荷載作用下古土壤的本構(gòu)關(guān)系
    2.5 小結(jié)
3 古土壤隧道初期支護(hù)受力特征及厚度優(yōu)化
    3.1 古土壤水分場等效計算理論
    3.2 耦合分析模型建立
        3.2.1 單元及邊界設(shè)置
        3.2.2 參數(shù)選取
        3.2.3 模型工況設(shè)置
    3.3 結(jié)果分析
        3.3.1 靜力分析階段
        3.3.2 熱位移耦合階段
        3.3.3 膨脹力數(shù)值對支護(hù)受力的影響
        3.3.4 混凝土厚度對支護(hù)受力的影響
    3.4 小結(jié)
4 古土壤隧道二次襯砌安全性分析及厚度優(yōu)化
    4.1 荷載-結(jié)構(gòu)模型建立
        4.1.1 模型建立
        4.1.2 參數(shù)選取
        4.1.3 彈性反力系數(shù)對二次襯砌受力的影響
        4.1.4 工況設(shè)置
    4.2 二次襯砌安全性分析
        4.2.1 矩形截面安全系數(shù)計算
        4.2.2 松散荷載作用下襯砌內(nèi)力規(guī)律
        4.2.3 疊加膨脹力荷載后襯砌內(nèi)力規(guī)律
    4.3 二次襯砌配筋計算及厚度優(yōu)化
        4.3.1 配筋量計算原理
        4.3.2 襯砌配筋量統(tǒng)計
        4.3.3 二次襯砌厚度優(yōu)化
    4.4 小結(jié)
5 古土壤隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)場監(jiān)測試驗
    5.1 測試內(nèi)容及方案
        5.1.1 現(xiàn)場監(jiān)測內(nèi)容
        5.1.2 儀器埋設(shè)方案確定
        5.1.3 儀器安裝要點
    5.2 監(jiān)測結(jié)果分析
        5.2.1 圍巖與初期支護(hù)接觸壓力
        5.2.2 噴射混凝土應(yīng)力
        5.2.3 鋼拱架應(yīng)力
        5.2.4 相鄰鋼拱架間作用力
        5.2.5 二次襯砌與初期支護(hù)接觸壓力
        5.2.6 二次襯砌混凝土應(yīng)力
    5.3 實測荷載作用下二襯安全性分析
    5.4 小結(jié)
6 結(jié)論與展望
    6.1 主要結(jié)論
    6.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]滑坡地段淺埋膨脹土隧道變形機(jī)理及防控技術(shù)研究[D]. 張毅.長安大學(xué) 2019
[2]淺埋大跨膨脹土隧道變形機(jī)理及支護(hù)力學(xué)行為研究[D]. 李化云.西南交通大學(xué) 2014
[3]膨脹土隧道受力機(jī)理及結(jié)構(gòu)設(shè)計方法研究[D]. 凌昊.西南交通大學(xué) 2014
[4]膨脹土膨脹機(jī)理及細(xì)觀膨脹模型研究[D]. 賈景超.大連理工大學(xué) 2010

碩士論文
[1]考慮沉積年代的黃土-古土壤物理力學(xué)性質(zhì)變化及其工程應(yīng)用[D]. 白健忠.長安大學(xué) 2019
[2]延安市寶塔區(qū)前鎖崖滑坡古土壤微觀結(jié)構(gòu)與坡體穩(wěn)定性關(guān)系研究[D]. 馮班統(tǒng).西安科技大學(xué) 2018
[3]不良地層TBM隧道圍巖變形與支護(hù)結(jié)構(gòu)受力特征研究[D]. 王鳴冠.西南交通大學(xué) 2018
[4]青海李家峽灌區(qū)引水隧洞圍巖膨脹變形控制及支護(hù)結(jié)構(gòu)受力特性研究[D]. 劉保訓(xùn).西安理工大學(xué) 2017
[5]木寨嶺高地應(yīng)力軟巖隧道嶺脊段支護(hù)結(jié)構(gòu)受力特征研究[D]. 肖祖通.北京交通大學(xué) 2017
[6]軟弱膨脹性圍巖淺埋隧道松動圍巖壓力研究[D]. 段思聰.華中科技大學(xué) 2015
[7]膨脹土膨脹性與收縮性的對比試驗研究[D]. 章李堅.西南交通大學(xué) 2014
[8]天池坪隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)位移反分析[D]. 馬小虎.蘭州交通大學(xué) 2011
[9]膨脹巖隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)受力特性和圍巖穩(wěn)定性研究[D]. 楊洪鴻.福州大學(xué) 2011
[10]膨脹土隧道襯砌膨脹力數(shù)值模擬研究[D]. 周坤.西南交通大學(xué) 2007



本文編號：3659919