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大断面客专岩溶隧道围岩稳定性研究

作　者: 阳跃朋
导　师: 陈秋南; 谢献忠
学　校: 湖南科技大学
专　业: 工程力学
关键词: 岩溶隧道综合地质超前预报围岩参数折减法监控量测改进BP神经网络数值模拟
分类号: U452.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

近年来，随着高速铁路的快速发展，在特殊地质及地形条件受限制的地区，特别是在西南岩溶发育地区，修建高速铁路遇到了前所未有的挑战。在西南地区的岩溶隧道施工中，常遇到地质围岩不明的地质体和复杂的岩溶地质条件，主要有溶洞、地下暗河、断层和破碎带等不良地质体。这不仅影响了隧道的掘进速度，而且可能会造成坍塌、大面积涌水等地质灾害，有时甚至会造成严重的工程事故。本文以云桂高速铁路在建的长大隧道—六郎隧道为工程背景，针对其断面大、埋深浅、围岩破碎和岩溶发育等复杂地质条件。对该岩溶隧道进行TSP、地质雷达和红外探水综合地质超前预报研究。在现场超前地质预报试验中，采用物理力学参数解译法分析隧道掌子面前方围岩特性和构造特征，并把地质预报结果与隧道开挖后的实际地质情况进行对比分析，科学地提出围岩参数折减系数法，对TSP和红外探水物理参数进行折减修正，再解译分析。围岩参数折减系数α的取值分别在围岩干燥程度、有无裂隙水和含水量大小等情况下对Ⅲ级围岩、Ⅳ级围岩和Ⅴ级围岩进行了探讨和研究，使预报结果与实际情况尽量吻合。选取隧道岩溶的典型断面开展了周边收敛位移、拱顶下沉和地表沉降等项目的现场监控量测，对监测成果分别采用回归分析和改进的BP神经网络模型预测围岩变形值，围岩变形预测结果表明经过改进的BP神经网络模型在小样本情况下预测精度高于回归分析结果。基于有限差分软件FLAC-3D模拟大断面六郎岩溶隧道在台阶法、全断面法、单侧壁导坑法和双侧壁导坑法四种工法施工过程中，围岩和支护结构的力学性状，揭示大断面岩溶隧道在各种工况时围岩位移和支护结构力学分布规律，优化了大断面岩溶隧道施工工法。针对优化的工法-双侧壁导坑法模拟研究不同的溶洞赋存条件下隧道围岩和支护结构的变形规律力学特性。对岩溶处治技术注浆加固法、灌砂压浆法、填充粘土和片石法、浇灌混凝土法和钢护筒跟进法进行了分析总结。通过监测其岩溶处治前后的围岩变形值，分析出岩溶处治后的处治效果。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-16
  1.1 问题的提出及研究意义  10
  1.2 岩溶隧道国内外研究现状  10-13
  1.3 研究的主要内容  13-14
  1.4 研究的几个关键问题  14
  1.5 研究方法及技术路线  14-16
第二章大断面岩溶隧道综合地质超前预报  16-36
  2.1 岩溶隧道工程概况  16-17
  2.2 岩溶隧道综合地质超前预报  17-26
    2.2.1 TSP 预报分析  17-20
    2.2.2 探地雷达  20-25
    2.2.3 红外探测  25-26
  2.3 TSP 现场实验及成果分析  26-31
    2.3.1 现场实验  26
    2.3.2 数据处理  26-30
    2.3.3 TSP 成果总结  30-31
  2.4 地质雷达现场实验及成果分析  31-33
    2.4.1 现场实验  31
    2.4.2 成果分析  31-33
  2.5 红外探测现场实验及成果分析  33-34
    2.5.1 现场实验  33
    2.5.2 成果分析  33-34
  2.6 综合地质超前预报  34-35
  2.7 本章小结  35-36
第三章岩溶隧道围岩稳定性研究  36-46
  3.1 岩溶隧道监控量测  36-37
    3.1.1 周边收敛位移和拱顶下沉量测  36-37
    3.1.2 地表下沉量测  37
  3.2 监控量测结果分析  37-40
    3.2.1 周边收敛位移和拱顶下沉结果分析  38
    3.2.2 地表沉降结果分析  38-39
    3.2.3 回归分析  39-40
  3.3 改进的 BP 神经网络模型  40-44
  3.4 本章小结  44-46
第四章大断面岩溶隧道施工优化数值模拟研究  46-60
  4.1 介绍 FLAC-3D 软件  46
  4.2 隧道力学研究  46-50
  4.3 数值模拟  50-58
    4.3.1 计算模型本构关系的选取  50-51
    4.3.2 参数的选取  51-52
    4.3.3 模拟方案  52
    4.3.4 建立模型  52-53
    4.3.5 各工法下围岩应力模拟分析  53
    4.3.6 数值模拟结果与现场测试结果比较分析  53-54
    4.3.7 岩溶在不同位置时的围岩力学特性模拟研究  54-56
    4.3.8 塑性区分布  56-57
    4.3.9 模拟隧道位移变形研究  57-58
  4.4 本章小结  58-60
第五章大断面岩溶隧道处治技术研究  60-68
  5.1 岩溶处治技术  60-63
  5.2 岩溶处治案例分析  63-64
  5.3 处治岩溶断面监测分析  64-66
  5.4 本章小结  66-68
第六章结论与展望  68-70
  6.1 结论  68-69
  6.2 展望  69-70
参考文献  70-74
致谢  74-76
附录  76

大断面客专岩溶隧道围岩稳定性研究

内容摘要

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