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水岩膨胀作用下板岩隧道支护结构力学响应机制研究
| 论文题名： | 水岩膨胀作用下板岩隧道支护结构力学响应机制研究 |
| 关键词： | 力学响应;水岩膨胀作用;板岩隧道;支护结构 |
| 摘要： | 板岩是一种变质岩，遇水极易发生膨胀，在我国分布区域较广，主要分布在云南、贵州、湖南等十个地区。随着国家基础建设不断推进，特别是高铁项目和南水北调工程的实施，不可避免的要在板岩分布区域进行隧道开挖，由之而带来大量施工地质灾害问题，而隧道工程往往是项目中的控制工程，隧道工程的施工周期和质量将直接影响到整个工程的建成，隧道设计和施工过程中必须考虑板岩膨胀对隧道施工周期和质量的影响。因此，必须研究富水板岩隧道围岩在膨胀过程中围岩与支护结构的力学响应机制。 本文以沪昆客运专线长昆湖南段第九标段姚家随道为依托，选择该区域的板岩作为研究对象，得出以下结论： 1）通过磨片和微观测试，分析了板岩矿物成分和含量，采用粉晶X衍射以及电镜扫描监测得出了板岩的颗粒组成和含量，测得板岩以绿泥石和伊利石等黏土类矿物为主，还含有云母、方解石、石英和长石等矿物，岩样内矿物呈现鳞片状变晶结构，绿泥石和云母类等片状矿物在岩石内部呈定向排列，呈现明显的层理结构。 2）针对原有三维膨胀本构模型的局限性，以富水泥质板岩隧道围岩的膨胀问题为出发点，采用侧向约束下的膨胀特性试验，修正了泥质板岩侧向约束下的轴向膨胀率与吸水时间的关系及膨胀过程中的一维本构关系；基于金尼克条件，考虑整个膨胀过程以及最大膨胀应力和最小膨胀应力对膨胀本构方程的贡献，以最大体积膨胀率对应的时间为临界时间，分段描述泥质板岩基于时间效应的三维膨胀本构模型。 3）由有限元计算结果分析可知，板岩膨胀过程中弹性模量会产生衰减，围岩塑性增强，使围岩塑性区增大，围岩第三主应力和米塞斯应力减小，隧道支护结构也会产生力学响应，主要表现在隧道拱底和拱顶相对下沉增加，衬砌拱脚和仰拱内力出现明显改变，拱脚处的轴力、剪力、弯矩和仰拱跨中弯矩、轴力都会显著增加，这对隧道稳定性而言是非常不利的，在衬砌配筋设计过程中应充分考虑荷载的最不利组合，在衬砌施工过程中应时刻关注衬砌的前期强度，保证隧道前期稳定性。 |
| 作者： | 陈可 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 谈云志;左清军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 三峡大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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