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浅埋破碎围岩隧道初期支护技术研究

作　者: 宋皓国
导　师: 戴俊
学　校: 西安科技大学
专　业: 岩土工程
关键词: 隧道锚喷支护特征曲线法时间效应
分类号: U455.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 62次
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内容摘要

现代隧道施工主要采用新奥法，锚喷支护是新奥法三大核心之一，锚喷支护结构与围岩的相互作用问题一直是隧道工程稳定性研究的难点问题，而锚喷支护结构在的作用机理及其力学性质是围岩与支护结构相互作用的核心。锚喷支护结构的刚度及强度随时间变化，收缩、徐变等多种与时间相关的因素对支护结构的受力、变形等有很大影响。本课题在相关领域已有研究成果的基础上，开展浅埋破碎围岩隧道初期锚喷支护技术研究，主要研究内容与结论如下：（1）阐述了浅埋破碎地层隧道围岩特性，指出破碎岩体的抗剪强度主要受软弱结构面或软弱夹层所控制；（2）对于浅埋破碎岩层隧道，洞室开挖后不能形成承载拱，易造成围岩变形过大及失稳破坏，故在开挖前先应进行小导管注浆预支护。在隧道跨度一定时，通过对比不同工况下开挖进尺和隧道埋深对拱顶竖向位移的影响，表明当隧道埋深较浅时，初期支护中喷射混凝土和钢拱架支护在控制拱顶沉降、维持围岩稳定上可发挥主要作用；随着隧道埋深的增加，在初期支护中，锚喷联合支护比只进行喷射混凝土和钢拱架支护对维持围岩稳定具有更好的作用；（3）提出浅埋破碎围岩隧道特征曲线的确定方法。隧道围岩初始应力可假设为围岩的自重应力，围岩变形可假设为弹性变形，不计隧道尚未开挖前的围岩位移，通过隧道监控量测等手段获取隧道开挖后的拱顶围岩位移。由此可得到喷射混凝土支护施作时的拱顶围岩位移，围岩释放的地应力，计算出此时的围岩应力释放率，据此可以将隧道围岩位移特征曲线及喷射混凝土支护的特征曲线综合在一起求得收敛-约束模型计算中所需要的特征曲线图；（4）对位移特征曲线及喷射混凝土支护内力进行分析，对喷射混凝土支护的结构合理性做出评价。当隧道拱顶围岩位移变化到计算所需值左右时，迅速施作喷射混凝土，调整喷射混凝土支护的参数，由此确定喷射混凝土支护施作的合理时机及合理参数，并对喷射混凝土支护的结构进行优化。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-7
1 绪论  7-16
  1.1 课题背景及研究意义  7-8
    1.1.1 研究背景  7-8
    1.1.2 研究意义  8
  1.2 锚喷支护的作用和发展现状  8-12
    1.2.1 锚喷支护的作用  9
    1.2.2 锚喷支护技术的发展与研究现状  9-12
  1.3 锚喷支护合理时机及混凝土徐变问题的发展现状  12-14
    1.3.1 锚喷支护合理时机的提出  12
    1.3.2 混凝土徐变问题的发展现状  12-14
  1.4 本课题的研究内容与技术路线  14-16
    1.4.1 研究内容  14
    1.4.2 技术路线  14-15
    1.4.3 预期目标  15-16
2 浅埋破碎岩层隧道围岩特性  16-30
  2.1 浅埋破碎岩层隧道围岩特性  16-19
    2.1.1 浅埋隧道定义及特点  16-17
    2.1.2 破碎岩体定义及特性  17-19
  2.2 浅埋破碎岩层隧道围岩荷载解析解  19-24
    2.2.1 碎裂介质中单拱隧道荷载的解析解  20-21
    2.2.2 块裂介质中单拱隧道荷载的解析解  21-22
    2.2.3 板裂介质中单拱隧道荷载的解析解  22-24
  2.3 浅埋破碎岩层隧道围岩稳定性  24-29
    2.3.1 影响围岩稳定性的主要因素  24-26
    2.3.2 隧道围岩破坏形态  26
    2.3.3 围岩稳定性分析方法及稳定性判据  26-29
  2.4 本章小结  29-30
3 浅埋破碎围岩隧道初期锚喷支护措施效果分析  30-41
  3.1 MIDAS/GTS简介  30-32
  3.2 初期支护的力学评价  32-33
  3.3 衬砌内力及强度安全系数计算方法  33-35
    3.3.1 衬砌内力计算方法  33-34
    3.3.2 衬砌强度安全系数计算方法  34-35
  3.4 浅埋破碎岩层隧道计算模型建立  35-37
    3.4.1 初期锚喷支护措施的处理  35-36
    3.4.2 模型及材料模拟参数选取  36-37
  3.5 初期锚喷支护效果分析  37-40
    3.5.1 不同开挖步长下的初期锚喷支护效果  37-39
    3.5.2 不同隧道埋深下的初期锚喷支护效果  39-40
  3.6 本章小结  40-41
4 初期锚喷支护时间效应在浅埋破碎围岩隧道中的应用  41-60
  4.1 支护特征曲线与地层特征  41-44
    4.1.1 特征曲线法简介  41-42
    4.1.2 浅埋破碎围岩隧道特征曲线  42-44
  4.2 隧道围岩位移特征曲线的数值模拟  44-50
    4.2.1 屈服准则的选取  44-46
    4.2.2 数值模拟模型建立  46-48
    4.2.3 数值模拟数据结果  48-49
    4.2.4 隧道围岩位移特征曲线分析  49-50
  4.3 喷射混凝土支护特征曲线的数值模拟  50-57
    4.3.1 喷射混凝土支护材料力学参数及时间效应参数计算  50-53
    4.3.2 喷射混凝土支护模型  53-54
    4.3.3 数值模拟计算结果  54-57
    4.3.4 喷射混凝土支护特征曲线分析  57
  4.4 位移特征曲线综合分析  57-58
  4.5 本章小结  58-60
5 结论与展望  60-62
  5.1 结论  60-61
  5.2 展望  61-62
致谢  62-63
参考文献  63-68
附录  68

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