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流固耦合作用下第三系半成岩地层的隧道稳定性分析
| 论文题名： | 流固耦合作用下第三系半成岩地层的隧道稳定性分析 |
| 关键词： | 铁路隧道;高水压地层;流固耦合;围岩监测 |
| 摘要： | 随着我国地下工程的发展，越来越多的铁路隧道在第三系高水压地层中建造，而第三系地层具有不同于其他岩层的特殊工程性质，比如地层成岩度比较低，暴露易风化，遇水易软化等，这容易引起隧道施工中的塌方、大变形和突水涌沙现象，并且在运营期间也容易出现翻浆冒泥现象，给施工稳定性带来极大的风险。因此对此类地层进行工程性质的研究，加深对此类地层的认识，对实际工程具有十分重要的意义。本文依托蒙华铁路中条山隧道的勘察设计，综合分析地质勘察报告和水文地质报告以及室内岩土实验的基础上，结合地下水渗流理论，通过利用有限差分软件FLAC3D5.0模拟三台阶七步开挖工况下隧道周边渗流场、围岩变形、初支受力和塑性区变化规律，得出地下水渗流对隧道开挖稳定性的影响。 本研究主要内容包括：⑴渗流场通过改变岩体结构的物理、化学、力学性能，导致应力场发生变化;应力场通过改变岩体结构的渗透率、渗透系数和储水系数影响了渗流场。⑵通过对比考虑流固耦合作用和不考虑耦合作用两种工况，得出:考虑流固耦合作用下，隧道围岩的位移变化、初支的受力以及塑性区的变化都要远大于不考虑耦合作用，从而在方案设计中，不可忽视地下水渗流产生的动水压力，并要特别注意渗流矢量集中部位的防排水工作，如隧道的拱顶、拱肩和仰拱等。⑶通过研究初始水头高度对隧道围岩、初支应力和位移的影响规律，得出:随初始水头高度的增加，隧道的拱顶沉降、周边收敛、拱底隆起以及掌子面挤出位移均呈线性增大，塑性区影响范围和初支受力也逐渐增大。⑷通过研究围岩渗透系数对隧道围岩和初支结构应力和位移的影响规律，得出:当围岩渗透系数大于10-5cm/s时，隧道围岩、初支的变形和受力的变化很小;当围岩渗透系数小于10-5cm/s时，随着渗透系数的继续减小，隧道围岩的位移变化不大，但初支的最大主应力减小，而塑性区影响范围增大。⑸通过研究侧压力系数对隧道围岩、初支结构应力和位移的影响规律，得出:随着侧压力系数的增大，拱顶沉降有所减小，周边收敛、拱底隆起位移增大，初支最大主应力的最大值集中于拱肩、拱腰部位且呈增大趋势，塑性区的分布形状也由蝴蝶状往环状发展，λ=1.0时，塑性区体积最小。⑹针对以上中条山隧道的数值模拟结果和穿越地层的特殊工程性质，提出了合适的工程措施如水平旋喷桩预加固、防水设计以及“先让后支“技术等，从而保证施工的正常进行。 |
| 作者： | 毛荣吉 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 乔春生 |
| 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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