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双向八车道小净距公路隧道支护反力上限分析与支护参数优化研究

作　者: 吴贲
导　师: 杨小礼；高长胜
学　校: 中南大学
专　业: 土木工程
关键词: 小净距大断面隧道极限分析上限法锚杆优化中岩柱
分类号: U451
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

为适应不断增大的交通量,双向八车道小净距隧道己越来越多的出现在人们眼中。八车道的大断面小净距隧道具有大断面和小净距隧道各自的施工、设计难点。断面过大,受净空的要求,势必会造成隧道的扁平率过大,对支护的要求就强于一般隧道；过小的净距会使后行洞开挖对先行洞的稳定性造成较大的影响,同时,中间岩柱成为另一个施工设计中需重点加固的位置。由于对这种形式的隧道研究仍处在起步阶段,目前还没有完善的规范能对此种类型的隧道设计进行指导。本文根据极限分析上限定理,结合牛头山小净距大断面高速公路隧道实际施工设计情况,采用大型有限差分软件,通过理论和数值计算的手段对大断面的小净距隧道施工力学和支护参数进行了研究。主要内容包括：1.利用极限分析上限法则,讨论了由库伦材料组成的双平行圆形隧道支护反力最小上限解,并采用数值分析软件Matlab对最小上限解的一些影响参数进行了分析研究。2.采用有限差分软件对牛头山隧道锚杆支护进行优化研究。主要研究其锚杆的布置形式,在不同围岩等级下,根据规范中对三车道锚杆间距的建议,推广到四车道大断面隧道的锚杆间距取值范围,分别对矩形布置或是梅花形式布置进行计算比较,改变不同的横向与纵向锚杆间距,最后得出较为合理的布置形式和横、纵向间距,为施工和设计提供参考。3.分析主要的几种支护组合对围岩稳定性的影响,包括开挖、锚杆、喷混和二衬。在不同的支护组合下,得出各种支护对围岩稳定性的影响。对小净距隧道中间岩柱加固的方式进行了研究探讨,采取不同的加固方式进行计算,最后得出适合不同条件的加固方式。4.对牛头山隧道现场监测数据进行简单的分析,并与计算结果进行比较,为计算结果提供一定的可靠性证明。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章绪论  9-16
  1.1 前言  9
  1.2 小净距大断面国内外研究现状  9-12
    1.2.1 国内研究现状  9-11
    1.2.2 国外研究现状  11-12
  1.3 围岩压力的理论研究  12-13
  1.4 小净距大断面隧道的支护研究现状  13-14
  1.5 本文研究内容  14-16
第二章双洞隧道支护反力上限解  16-26
  2.1 土力学计算方法  16-18
    2.1.1 滑移线法  16-17
    2.1.2 极限平衡法  17
    2.1.3 极限分析法  17-18
  2.2 小净距圆形隧道上限解  18-22
    2.2.1 极限分析上限定理简介  18-19
    2.2.2 上限定理求解小净距圆形隧道支护反力  19-22
  2.3 上限解的参数分析  22-25
    2.3.1 上限求解中破裂角和净距的相互影响  22-23
    2.3.2 其他参数分析  23-25
  2.4 本章小结  25-26
第三章牛头山隧道工程概况  26-30
  3.1 工程概况  26
  3.2 自然地理概况  26
    3.2.1 地形地貌  26
    3.2.2 气象  26
  3.3 地层岩性  26-27
  3.4 地质构造  27
    3.4.1 断裂构造  27
    3.4.2 节理裂隙  27
    3.4.3 地震  27
  3.5 水文地质条件  27-28
  3.6 隧道围岩分级  28
  3.7 工程地质条件评价措施建议  28-29
  3.8 各岩、土层主要物理力学指标设计建议值  29-30
第四章小净距大断面隧道锚杆优化  30-55
  4.1 洞身支护类型简介  30-31
    4.1.1 洞身支护的作用  30
    4.1.2 洞身支护结构的基本类型  30-31
  4.2 锚杆类型简介  31-32
    4.2.1 锚杆的支护效应  31
    4.2.2 锚杆的类型  31-32
  4.3 模型的建立  32-33
  4.4 锚杆布置形式优化分析  33-36
  4.5 Ⅲ级围岩隧道锚杆环向间距优化  36-39
    4.5.1 围岩应力  36-37
    4.5.2 围岩竖向位移  37-38
    4.5.3 结果分析  38-39
  4.6 Ⅳ级围岩隧道锚杆环向间距优化  39-43
    4.6.1 围岩应力  40-41
    4.6.2 围岩竖向位移  41-42
    4.6.3 结果分析  42-43
  4.7 Ⅴ级围岩隧道锚杆环向间距优化  43-47
    4.7.1 围岩应力  44-45
    4.7.2 围岩竖向位移  45-46
    4.7.3 结果分析  46-47
  4.8 锚杆纵向间距优化研究  47-54
    4.8.1 Ⅲ级围岩锚杆纵向间距优化分析  47-49
    4.8.2 Ⅳ级围岩锚杆纵向间距优化分析  49-51
    4.8.3 Ⅴ级围岩锚杆纵向间距优化分析  51-54
  4.9 本章小结  54-55
第五章大断面公路隧道围岩支护效果影响分析  55-66
  5.1 各种支护下围岩的稳定性分析  55-60
    5.1.1 不同支护下的应力场分析  55-57
    5.1.2 不同支护下围岩竖向变形分析  57-58
    5.1.3 不同支护组合下围岩塑性区分析  58-59
    5.1.4 不同支护下地表沉降分析  59-60
  5.2 中间岩柱加固研究  60-64
    5.2.1 不同加固方式下围岩应力场分析  61-62
    5.2.2 不同加固方式下围岩位移场分析  62-63
    5.2.3 不同加固方式下围岩塑性区分析  63-64
    5.2.4 不同加固方式下地表沉降分析  64
  5.3 本章小结  64-66
第六章监测数据分析  66-70
第七章结论与展望  70-72
  7.1 结论  70-71
  7.2 论文创新点  71
  7.3 展望  71-72
参考文献  72-77
致谢  77-78
攻读硕士学位期间发表论文及科研成果  78

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