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浅埋暗挖地铁黄土隧道系统锚杆作用机理研究

作　者: 郑甲佳
导　师: 谢永利
学　校: 长安大学
专　业: 岩土工程
关键词: 地铁黄土隧道浅埋暗挖系统锚杆现场测试数值模拟
分类号: U455.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 185次
引　用: 2次
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内容摘要

岩土锚固技术作为提高岩体工程稳定性的最经济、最有效的方法之一,已经在边坡工程、隧道工程、建筑基坑等领域得到了广泛的应用。但系统锚杆在土质隧道支护结构中有无作用一直存在争论。目前,西安地铁建设正如火如荼的进行,而西安特有的地质条件及其作为世界历史文化古都的地位,使得西安在修筑地铁区间隧道过程中系统锚杆的作用如何,如何有效发挥其作用以及在地铁区间黄土隧道中设置系统锚杆有无必要性等等成为亟待解决的问题。本文以西安地铁二号线浅埋暗挖黄土隧道为依托工程,开展了较大规模的现场测试工作,在有无系统锚杆两种工况下对初衬与围岩接触压力、格栅拱架钢筋轴力以及锚杆轴力随时间变化规律及分布特性进行了对比研究,并采用大型数值模拟软件模拟浅埋暗挖地铁黄土隧道全断面锚杆和无锚杆两种锚杆设置工况,对开挖后产生的地表沉降,隧道周围土体的塑性区以及隧道周围土体的应力分布进行分析。经综合比较,在浅埋暗挖地铁黄土隧道中,系统锚杆可以控制开挖后隧道周围土体的塑性区发展,对控制地表沉降和地层沉降有一定的效果。在二次衬砌施做之前,系统锚杆和格栅拱架形成的联合支护系统拥有较高的安全性能和较好的支护效果。边墙锚杆在围岩的变形过程中,起到了较好的支承和约束作用。拱部及拱顶的锚杆并没有发挥其应有的作用反而增加了支护系统的负担。因此建议取消拱部及拱顶的锚杆,保留拱脚、边墙和墙脚的系统锚杆,并加强锁脚位置锚杆的施工监测和质量控制。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-19
  1.1 研究的背景及意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-17
    1.2.1 锚杆支护技术国内外研究现状  10-14
    1.2.2 黄土隧道研究现状  14-15
    1.2.3 浅埋暗挖法研究现状  15-17
  1.3 本文的主要研究内容及技术路线  17-19
    1.3.1 主要研究内容  17
    1.3.2 技术路线  17-19
第二章浅埋暗挖地铁黄土隧道设计施工  19-37
  2.1 浅埋暗挖地铁黄土隧道设计简况  19-26
    2.1.1 浅埋暗挖地铁黄土隧道结构选型的原则和特点  19
    2.1.2 浅埋暗挖地铁黄土隧道的结构形式  19-21
    2.1.3 浅埋暗挖地铁黄土隧道的截面设计与构造  21-23
    2.1.4 浅埋暗挖地铁黄土隧道衬砌结构设计方法及计算  23-26
  2.2 浅埋暗挖地铁黄土隧道施工介绍  26-30
    2.2.1 暗挖法施工隧道的深度分界  26-27
    2.2.2 浅埋暗挖法施工原理及适用范围  27
    2.2.3 浅埋暗挖法施工技术特点  27-29
    2.2.4 浅埋暗挖法施工工艺流程  29-30
  2.3 依托工程概况  30-35
    2.3.1 西安地铁总体情况简介  30-31
    2.3.2 西安地铁二号线浅埋暗挖区间黄土隧道设计施工概况  31-32
    2.3.3 西安地铁二号线浅埋暗挖区间黄土隧道系统锚杆设计参数  32-35
  2.4 小结  35-37
第三章系统锚杆作用机理现场测试及结果分析  37-54
  3.1 依托工程概况  37
  3.2 测试目的  37-38
  3.3 测试内容与方法  38-43
    3.3.1 主要测试元件及其工作原理  38-40
    3.3.2 测设内容与方法  40-41
    3.3.3 测试原件埋设注意事项  41-42
    3.3.4 测试方案  42-43
  3.4 测试结果分析  43-52
    3.4.1 围岩与一次衬砌之间接触压力测试结果及分析  43-46
    3.4.2 格栅拱架中钢筋轴力测试结果及分析  46-49
    3.4.3 格栅拱架中钢筋弯矩计算结果及分析  49-50
    3.4.4 锚杆受力测试结果及分析  50-52
  3.5 小结  52-54
第四章系统锚杆作用机理数值模拟与结果分析  54-70
  4.1 计算软件基本算法介绍  54-58
    4.1.1 导数的差分表示  54
    4.1.2 空间差分格式  54-56
    4.1.3 弹塑性模型  56
    4.1.4 增量形式的弹塑性模型  56
    4.1.5 弹塑性本构关系  56-57
    4.1.6 计算过程  57-58
  4.2 模拟断面工程概况及参数选取  58-62
    4.2.1 模拟断面工程概况  58-59
    4.2.2 计算模型尺寸的选取  59-60
    4.2.3 模型参数选取  60-62
  4.3 数值模拟结果分析  62-68
    4.3.1 锚杆1工况计算分析  62-65
    4.3.2 锚杆1工况与无锚杆工况对比分析  65-68
  4.4 小结  68-70
结论与建议  70-72
  主要结论  70-71
  进一步研究的建议  71-72
参考文献  72-75
致谢  75

浅埋暗挖地铁黄土隧道系统锚杆作用机理研究

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