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富水区隧道结构体系水压力及渗流场计算边界研究
| 论文题名： | 富水区隧道结构体系水压力及渗流场计算边界研究 |
| 关键词： | 隧道工程;结构体系;水压力;渗流场;边界范围 |
| 摘要： | 在隧道工程中，渗流量与水压力互为原因。隧道施工期及运营期会受到渗流场水压力的不利影响，由此造成隧道病害。研究富水区隧道结构体系水压力规律及渗流场计算边界，首先理解隧道渗流场相关理论及隧道渗水控制措施，其次根据之前的理论将一般轴对称解析解及等效轴对称解析解推广至马蹄形隧道断面并推导更加适用于复合型衬砌的分别考虑初支与二衬轴对称解析解，再研究水头高度是断面高度10倍左右情况的渗流场计算边界范围，由上述对理论公式、渗水控制措施及计算边界的探究，进行富水区隧道结构体系水压力规律研究，最后总结富水区在不同渗水控制措施下的水压力规律、对比分析三种轴对称解析解、提出计算初支与二衬水压力分配比例与水荷载正反算在工程中的应用。 本文依托新建成昆铁路米易至攀枝花段冉家湾隧道项目，按上述步骤研究富水区隧道结构体系水压力及渗流场边界范围，主要研究内容与结论: (1)各向均质同性围岩隧道渗流场理论计算可采用轴对称解析解与保角映射理论，根据假设方法不同，得到三种轴对称解析解并将其推广应用于马蹄形隧道断面。 (2)全排水衬砌下，根据单层衬砌假设得到的一般轴对称解析解与等效轴对称解析解，推导出更适用于复合型衬砌的分别考虑初支与二衬的轴对称解析解。分析三个轴对称解析解，得到影响水压力与渗流量的相关因素，其中包括衬砌厚度及其渗透系数、注浆圈厚度及其渗透系数、围岩渗透系数与地下水位置。 (3)通过计算不同计算边界的仰拱处第一主应力、墙脚处水压力、拱顶与仰拱位移及墙脚处沿线围岩水压力，对比力学特性，得到透水边界情况下的建议计算边界范围为隧道宽度3～4.5倍，不透水边界情况下的建议计算边界范围为隧道宽度3-3.5倍。 (4)通过数值模拟全排水与全封堵衬砌情况下的水压力，研究富水区隧道结构体系不同渗水控制措施的水压力与渗流量变化。研究表明，全封堵衬砌时，改变初支渗透系数、二衬与注浆圈厚度，对隧道结构体系水压力基本无影响;全排水衬砌下，衬砌渗透系数减小，二衬与注浆圈厚度增大，均会导致隧道衬砌背后水压力增大，渗流量减小。此时三种理论解与数值解规律相同，且一般轴对称解析解与分别考虑初支与二衬轴对称解析解的渗流量误差为15％左右，水压力误差为10％左右，等效轴对称解析解渗流量误差为5％左右，水压力误差为8％左右。 (5)将分别考虑初支与二衬轴对称解析解推广至工程应用，利用该公式得到初支与二衬水压力比例，并通过数值模拟予以验证;另外引入水荷载折减系数对水荷载进行正反算，以便在施工过程中及时调整设计水荷载。 |
| 作者： | 何晟亚 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 王志杰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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