软岩隧道围岩压力及关键部位支护与研究.pdf

软岩隧道围岩压力及关键部位支护研究摘要在软岩隧道施工时,作用在衬砌支护结构上的围岩压力较大,其应力分布与硬岩明显不同。由于开挖造成的应力释放,常常造成作用在软岩隧道衬砌结构上的围岩压力分布是不均衡的。而这种应力局部过载区往往首先破坏,并最终使整个支护体破坏、失稳。本文首先根据选择模型材料的一般原则,以水泥、石膏、粘土、砂子为材料,通过配比试验得到了能模拟铁路隧道规范中Ⅲ、Ⅳ级围岩的相似模拟材料。对软弱围岩隧道,作者设置了直、曲墙隧道两类相似模型实验。直墙隧道模型实验研究了围岩应力侧压系数为的情况,曲墙隧道模型实验研究了围岩应力侧压系数为那榭觥MüP褪验研究了开挖对不同隧道围岩压力分布的影响,揭示了围岩应力分布,衬砌受力、变形的规律,并研究了衬砌破坏的关键部位。然后作者又采用能描述岩体大变形特征的几何非线性程序”对侧压系数为直、曲墙隧道和侧压系数为剿淼滥P徒了分析。通过数值分析更全面地揭示了软岩隧道的围岩应力分布,衬砌受力、变形的规律,并对比验证了相似材料模型试验的结论。最后,使用锚杆对软岩隧道衬砌破坏的关键部位进行加强,并通过数值模拟进行分析,得到了更加合理的软岩隧道支护方式。关键词:软弱围岩,隧道,模型实验,数值模拟,关键部位,衬砌
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本人签名需难日期一碰.“呈日期必笸,锣独创性声明关于论文使用授权的说明本人郑重声明:所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表和撰写的研究成果,也不包含为获得华东交通大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全了解华东交通大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅。学校可以公布论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此规定,本论文保密期年。。‘
主要符号说明抗拉强度。相似常数;变形模量;容重;泊松比;内摩擦角;粘聚力;抗压强度;如毋口
第一章绪论问题的提出隧道围岩稳定研究的发展隧道作为主要的地下工程对我国的多山地形交通事业的发展具有极大的推动作用。量大、巷道底鼓、稳定性差及隧道维护极其困难等工程技术问题,制约着我国软岩隧道建设的发展。因此研究隧道在软弱围岩条件下开挖过程中的位移、变形规律和衬砌支护结构的应力状态,得到隧道施工中软弱围岩位移场的分布特点及衬砌支护的应力、应变状态,分析隧道围岩的稳定性及隧道衬砌支护参数的合理性,从而指导隧道的设计和施及软岩隧道关键部位的分布规律、关键部位支护的位置和支护强度、刚度、支护时机的较普遍的规律。当然这也与围岩的不确定性和工程条件的复杂性有关。但是如果在较简单情况下对软岩隧道围岩压力分布,破坏关键部位的分布规律、关键部位支护的位置和值的。同时研究还能为复杂工程条件下的软岩隧道的研究提供理论参考。虽然人类在原始时期就利用天然洞穴作为群居及活动场所,在中外历史的早期人类也修建了不少供水隧道和交通隧道,但直到年乔治·包尔的‘采矿冶炼手册》才开创了隧道工程论著的先河薄4哟怂孀挪煽蠛徒煌ㄔ耸涞姆⒄梗淼拦こ痰南喙匮芯坎展。英国工程师勃召奈尔于年主持修建泰晤士河下的水底公路隧道,由于隧道进一条在软土层里的隧道。到了世纪年代,人们才逐步总结出各种类型隧道及地下的重量。,这些围岩压力理论在应用过程中没有出现大的问题。然而相当一部分隧道不可避免的要通过软岩地段,这时就存在着诸如支护压力大、变形工是非常有意义的。目前的研究都是对某一具体工程软岩隧道围岩进行,但值得注意的是很少有文章论支护强度、刚度等进行研究,对复杂工程条件下的软岩隧道的设计施工也是极具参考价开始活跃起来。世纪中期开始的第二次工业革命,促使蒸汽机、铁路和炼钢工业的出现并快速发水迫使工程停工次。之后,勃召奈尔研制了盾构,经过年的工期修成了世界上第工程的规划、设计和施工的基本原理,在土木工程中逐渐形成了一个独立的工程领域世纪年代以前,地下洞室的围岩稳定性分析处于古典围岩压力的理论研究阶段。这类压力理论认为,在竖直方向上作用在支护结构上的压力稍是其上覆盖岩层对水平向的侧压力系数的确定方法的不同。随着所兴建地下洞室的埋藏深度不断增加,越来越多的工程实践与经验表明,古典压力
理论在一定的程度上并不符合实际情况。于是在学术界出现了散体压力理论。这类理论认为,当地下工程埋深较大时,作用在支护结构上的压力不再是上覆岩层的重量,而只是围岩坍落拱内的松动岩体的重量。: