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软弱围岩隧道掌子面稳定性及预支护受力特性研究
| 论文题名： | 软弱围岩隧道掌子面稳定性及预支护受力特性研究 |
| 关键词： | 预切槽法;极限平衡;数值模拟;拱顶土压;离心模型;软弱围岩隧道 |
| 摘要： | 软弱围岩地质条件下的隧道施工，是隧道工程界面临的重要难题之一。黄土作为一种特殊的软土，具有变形大，变形速度快，变形难以控制等特点。本文在国家自然科学基金项目“含水弱胶结砂岩隧道预筑拱荷载特性及开挖面稳定性研究(NO.51178026)”的支持下，以黄土地层隧道洪亮营隧道为工程背景，通过理论推导、数值模拟、离心模型试验三种手段研究了全断面法开挖黄土隧道时掌子面的稳定条件和预切槽法开挖黄土隧道时掌子面的稳定、预衬砌的受力、地层及隧道支护的变形。主要工作及结论如下: (1)基于极限平衡理论，对全断面法开挖黄土地区隧道掌子面稳定性进行研究，得出维持隧道掌子面平衡所需要的最小支护力随着土体摩擦角的增大逐渐减小，随着容重的增大线性增大，随着土体粘聚力的增大也近似线性减小，随着隧道高度的增大缓慢增大。 (2)通过数值模拟和正交试验法给出采用预切槽法开挖黄土地区隧道的最优设计参数为:预衬砌长度为8m，预衬砌搭接长度为1m，预衬砌厚度为0.4m，预衬砌弹性模量为29.5GPa。 (3)通过数值模拟预切槽法开挖隧道过程发现:隧道拱顶土压与初始土压的比值（PA/P0、PB/P0）随着隧道埋深的增加，总体逐渐减小;随着衬砌厚度增加逐渐减小，但变化不大。同时随着围岩与支护结构的刚度比值C逐渐增大，PA/P0逐渐增大，PB/P0逐渐减小。 (4)采用离心模型试验按照1∶60的比例模拟20m埋深隧道，对比采用预切槽法开挖黄土隧道时，超前核心土加固与未加固的区别，研究得出:加固超前核心土不仅可以提高掌子面稳定性、减小地层和隧道支护变形，还可以减小掌子面后方衬砌受力，提高隧道安全度。 (5)基于极限平衡理论计算得出全断面法开挖黄土隧道，隧道最大安全埋深为9m-10m，采用离心模型试验模拟预切槽法开挖隧道，掌子面未加固时隧道最大安全埋深为6.7m-7m。考虑试验过程中对超前核心土的扰动及理论计算的局限，两种计算方法得出的数据均合理。 |
| 作者： | 李凯 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 王秀英 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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