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原文传递超大断面黄土隧道结构的稳定性分析

论文题名：	超大断面黄土隧道结构的稳定性分析
关键词：	超大断面;稳定性分析;地震作用;隧道结构;黄土高原;力学性质;雨水渗流
摘要：	随着国家推动和实施“一带一路”的重大政策，让古丝绸之路焕发新的生机活力，西部地区的发展又迈向了新的高度。西部地区黄土高原上将会有越来越多的公路隧道和铁路隧道被修建。黄土在我国分布很广，主要分布在12个省和自治区，而且这些地区绝大多数在高烈度地震区，黄土的物理力学性质、湿陷性、压缩性、击实性、抗剪性以及水理性等基本特性决定了黄土隧道围岩的工程性质，黄土的很多不良特性给隧道的修建带来一定的难度，修建超大断面的黄土隧道不仅仅是隧道面积和跨度的变大，而且在支护和施工等方面的难度变大。超大断面黄土隧道的修建在我国也是刚刚起步，其最优断面形式的选择对隧道在自重、地震作用以及考虑雨水渗流和地震耦合作用下的稳定性有着很重要的影响，因此本文以超大断面黄土隧道为研究对象，主要从以下几个方面进行了研究：　　（1）借助有限元软件ADINA，建立不同断面形式的超大断面黄土隧道（圆形断面、马蹄形断面、矩形断面和蛋形断面）在不同埋深（超浅埋、浅埋和深埋）情况下的模型。采用静力强度折减法，不断折减黄土围岩的抗剪强度参数：内聚力c和内摩擦角?，以计算不收敛准则为破坏准则，分析得到临界破坏状态以及超大断面黄土隧道在自重作用下的安全系数，通过安全系数、临界破坏的应力应变以及衬砌的竖向最大位移来判断不同埋深情况下的最优断面形式。　　（2）运用动力强度折减法，以最优断面形式的超大断面黄土隧道为研究对象，分别研究了其在近场无脉冲地震作用、近场有脉冲地震作用以及远场地震作用下的动力稳定性，通过分析对比隧道的安全系数、最大第一主应力、最大第三主应力、衬砌的最大位移以及隧道结构的内力，从而找出最优断面形式的超大断面黄土隧道在近场和远场地震作用下的破坏机理；其次分析围岩参数：泊松比和衬砌厚度对超大断面黄土隧道稳定性的影响，得出隧道在不同泊松比、不同衬砌厚度情况下的变化规律。　　（3）研究雨水渗流对最优断面的超大断面黄土隧道的稳定性，以及同时考虑雨水渗流和地震耦合作用下超大断面黄土隧道的稳定性，分析得到雨水渗流和地震耦合作用下超大断面黄土隧道的破坏机理，从而指导超大断面黄土隧道的设计和施工。　　研究表明，在综合考虑经济和施工因素的情况下，蛋形断面是超大断面黄土隧道的最优断面形式；在地震作用下，最优断面形式的超大断面黄土隧道在近场有脉冲地震作用下的破坏最大；黄土的泊松比对超大断面黄土隧道的稳定性影响很小；衬砌厚度越厚，稳定性越好；雨水渗流对超大断面黄土隧道的稳定性影响较小，但是在雨水渗流和地震耦合作用下影响较大。通过研究分析，得到了超大断面黄土隧道最优断面形式以及隧道结构的薄弱部位，对隧道结构安全性、经济性带来了很大的影响，对超大断面黄土隧道的设计和施工带来了一定的参考依据。
作者：	齐尚榕
专业：	结构工程
导师：	程选生
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州理工大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文