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草帽山隧道围岩变形与稳定性的研究

作　者: 陈江
导　师: 张彬
学　校: 辽宁工程技术大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 草帽山隧道围岩变形数值模拟长期稳定性预测综合评判
分类号: U451.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 23次
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内容摘要

随着我国改革开放的进一步推进和基础设施的大规模建设,我国在公路工程、桥梁与隧道工程迅猛发展,许多长大、深埋隧道工程纷纷开始建设,很多隧道穿越高地应力区、岩溶地区以及遇到软弱围岩体,常导致围岩大变形和失稳等相关地质灾害,研究隧道围岩变形稳定性是隧道工程中非常重要的工作。本文详述了草帽山隧道的工程概况和主体设计,基于大量的施工现场跟踪调研资料,研究草帽山隧道围岩变形的原因；在分析隧道整体详细情况的基础上,运用隧道工程现代支护最新成果和施工方法,结合数值模拟方法和数学模糊理论,从围岩变形稳定性的理论、支护方法、模糊预测等几方面对变形的防治和稳定性预测进行了探讨。主要获得以下研究成果：(1)利用ANSYS数值模拟,得到隧道拱腰中部应力集中明显,应加强拱腰的支护和监测。(2)提出了一般隧道变形防治措施、膨胀岩段的防治措施、亚砂土段的防治措施和开挖时地下水的防治措施。(3)应用模糊理论建立了一套进行隧道围岩长期稳定性预测的方法,它是可以考虑各种影响因素,把定性分析和定量分析结合起来的方法。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-10
引言  10-14
  1.1 国内外研究现状  10-12
  1.2 本文研究的目的和意义  12-13
  1.3 本文研究内容、拟解决的关键问题  13-14
2. 隧道围岩变形理论  14-21
  2.1 隧道围岩变形的三个阶段  14-15
  2.2 隧道围岩变形的影响因素  15-16
    2.2.1 隧道几何形状、位置  15
    2.2.2 围岩特性  15
    2.2.3 施工方法  15
    2.2.4 支护类型及支护时间  15-16
  2.3 隧道围岩的应力分析  16-17
  2.4 土体弹塑性模型  17-20
    2.4.1 Mohr-Coulomb屈服准则  17-18
    2.4.2 Drucker-Prage屈服准则  18-20
  2.5 本章小结  20-21
3. 草帽山隧道工程概况和主体工程设计  21-29
  3.1 隧址区自然条件  21
    3.1.1 地形、地貌  21
    3.1.2 气象资料  21
  3.2 隧址区工程地质与水文地质条件  21-23
    3.2.1 地层岩性条件  21-22
    3.2.2 水文条件  22-23
    3.2.3 地质构造条件  23
    3.2.4 不良地质作用情况  23
    3.2.5 地震情况  23
  3.3 隧道工程地质评价主要结论  23-24
    3.3.1 隧道围岩稳定性评价  23-24
    3.3.2 隧道围岩级别划分  24
  3.4 隧道平面及纵断面设计  24-25
  3.5 横断面设计  25
  3.6 洞口位置与洞门设计  25
  3.7 衬砌结构设计  25-27
    3.7.1 明洞衬砌设计  25
    3.7.2 暗洞衬砌设计  25-26
    3.7.3 膨胀岩段衬砌结构设计  26-27
    3.7.4 横通道衬砌设计  27
  3.8 隧道防排水设计  27-28
  3.9 隧道内路面设计  28
  3.10 隧道抗震设防措施  28
  3.11 本章小结  28-29
4. 草帽山隧道数值模拟  29-61
  4.1 隧道施工过程数值模拟原理  29-32
    4.1.1 模拟开挖过程原理  29-31
    4.1.2 隧道开挖施工过程实现  31-32
    4.1.3 数值模拟分析流程  32
  4.2 有限元模型的参数选取  32-33
  4.3 建模过程图  33-35
  4.4 各个求解迭代收敛过程图及其分析  35-36
  4.5 初始状态的数值模拟  36-42
  4.6 隧道开挖和支护模拟  42-50
  4.7 货车荷载数值模拟  50-59
  4.8 实测变形值与数值模拟计算结果对比  59-60
  4.9 本章小结  60-61
5. 草帽山隧道变形的防治措施  61-65
  5.1 一般围岩段的防治措施  61
  5.2 膨胀岩段的防治措施  61-62
  5.3 亚砂土段的防治措施  62
  5.4 黄土段的防治措施  62-63
  5.5 开挖时地下水的防治措施  63-64
  5.6 本章小结  64-65
6 基于多级模糊综合评判的隧道围岩长期稳定性预测  65-71
  6.1 模糊理论简介  65
  6.2 综合预测体系的建立  65-67
    6.2.1 建立因素集  66
    6.2.2 建立评判集  66
    6.2.3 建立预测模型  66-67
  6.3 预测指标隶属度计算及权重的确定  67-68
    6.3.1 预测指标隶属度计算  67
    6.3.2 预测权重的确定  67
    6.3.3 综合评判  67-68
  6.4 草帽山隧道长期稳定性预测  68-70
  6.5 本章小结  70-71
7 结论与展望  71-73
  7.1 结论  71
  7.2 展望  71-73
参考文献  73-76
作者简历  76-79
学位论文数据集  79

草帽山隧道围岩变形与稳定性的研究

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