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富水地层大断面隧道开挖流固耦合效应分析
| 论文题名： | 富水地层大断面隧道开挖流固耦合效应分析 |
| 关键词： | 隧道施工;流固耦合;开挖面稳定性;注浆加固;超前排水;富水地层 |
| 摘要： | 针对对于软弱地层高水压地区隧道，不良地质的加固和地下水的处理是非常重要的措施。论文将通过理论分析、数值模拟、现场测试等方法，考虑应力-渗流耦合，以实际工程背景为依托，对不同的防排水措施、不良地质加固方法等重要工程问题进行研究，并提出具有一般性的研究成果，为其它的类似工程实践也可以提供参考依据。 本文采用理论推导，数值分析的方法，对地处富水地层破碎带的大断面隧道施工工法进行了研究，利用Kozeny-Caman公式结合双曲线e-p模型推导了渗流系数与竖向应力之间的理论关系式，并编制了ABAQUS用户子程序用于数值计算。得到的主要结论如下: (1)在考虑渗流的条件下，计算表明深埋隧道采用超前注浆加固的方式时，开挖面后方土体的塑性区与浅埋隧道不同，受土拱效应影响，其塑性区并没有向地表贯通的趋势，形状为抛物线型。深埋隧道开挖面后方土体的扩展模式为:塑性区先出现在仰拱位置处，随着开挖步的增加隧道凌空面也增大，塑性区也随着进一步扩大;当开挖步邻近未注浆区域时，未注浆区域有可能先行出现塑性区，进一步开挖后，注浆区的塑性区延伸至非注浆区，形成贯通。 (2)通过在一定范围内变化岩体的内摩擦角和粘聚力，研究内摩擦角和粘聚力对开挖面稳定性的影响，计算表明:注浆区内摩擦角及粘聚力对开挖面稳定性的影响规律相似，两者增大都可以有效提升开挖面的稳定性，减小保证隧道开挖面稳定性的安全距离，降低开挖面最大位移;同时，粘聚力或内摩擦角变化与开挖面最大位移的关系曲线为凹曲线，即随着内摩擦角及粘聚力的增大，提升稳定性效益是降低的。因此，通过注浆提高岩土体的力学参数，保证开挖面稳定性的方法是有效的，但是过度的追求提高岩土体参数是缺少经济效益的。 (3)通过设置四种不同的超前排水孔，研究了其对深埋山岭隧道开挖面稳定性的影响，结果表明:在只设置单一超前排水孔的情况下，设置底部排水孔可以最大限度的降低开挖面的最大位移，但是对与安全距离的影响较小;而设置侧部排水孔可以有效的减小保证开挖面稳定性的安全距离，但是对开挖面的最大位移的降低不如底部排水孔和中部排水孔。 (4)模拟双线隧道开挖的实际工况表明，对两条隧道分步开挖时，开挖面的稳定性优于双线同时开挖;设置底部和中部排水孔后，开挖面最大位移可以减小50％以上。 |
| 作者： | 刘健 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 王英学 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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