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高速公路黄土隧道抑拱开裂原因分析
| 论文题名： | 高速公路黄土隧道抑拱开裂原因分析 |
| 关键词： | 黄土隧道;仰拱开裂;隧道衬砌;围岩变形;受力变形;数值模拟 |
| 摘要： | 近年来，随着我国西部大开发战略的实施，使得西部地区的基础设施工程建设大规模展开，特别是高速铁路、高速公路建设得到快速发展。我国西部是一个多山的地区，著名的黄土高原就坐落在西部。众所周知，在黄土隧道施工过程中主要会面临拱顶沉降量大、地表开裂、仰拱隆起、开裂等现象。某隧道在施工的过程中，出现地表开裂、塌陷、衬砌变形乃至隧道仰拱开裂现象。因此，本文将紧密结合该隧道的施工过程，对隧道衬砌结构受力特性以及变形特性进行试验研究，探讨引起该隧道仰拱开裂的原因。 本文以兰州南绕城高速公路某隧道为工程背景，开展的工作及得出的结论如下: (1)通过分析本项目的工程地质及水文地质特征，通过现场取样进行室内试验，得出围岩的物理力学参数。内力测试断面处围岩较松散，钢拱架间距为1m/榀，步距稍大。 (2)在施工现场布设三个内力监测断面，第一个断面布设在标准段内，第二个断面布设在试验段内（试验段设置临时仰拱且仰拱有配筋），另外一个为临时仰拱测试断面。通过对测试数据的分析，发现围岩压力值普遍较大，填充层左右两端处于受压状态，中部处于受拉状态，且填充层中部混凝土所受拉应力值超过其抗拉强度。仰拱增加配筋后，填充层表面的裂缝宽度明显减小，但施作临时仰拱未能对裂缝的发展起到抑制作用。 (3)在三个内力测试断面附近布置拱顶沉降、净空收敛、边墙沉降观测点及地表沉降观测点。通过分析衬砌结构及地表的变形规律，得出拱顶沉降值大于边墙沉降值，地表裂缝最大宽度为15cm，最大错台为10cm，且地表多处出现塌坑。 (4)采用MIDAS/GTS有限元软件建立三维模型，对隧道的施工过程进行模拟，通过分析衬砌结构受力与变形数据，发现仰拱及填充层中部处于受拉状态，且拉应力值已超过混凝土的极限抗拉强度值。 (5)采用结构力学求解器对仰拱受力特性进行计算，分析仰拱各部位安全系数的变化规律。在仰拱拱高一定时，随着均布荷载的增加，仰拱各部位安全系数减小，且左右拱脚与拱底安全系数减小的更为明显;当均布荷载一定时，拱高越大，仰拱各部位的安全系数越大。当拱高达到一定高度时，仰拱各部位安全性能均能满足要求。 本文以实际工程问题为背景，采用室内试验、现场监测、数值模拟及结构计算相结合的方法分析引起仰拱及地表开裂的因素，提出相应的处理措施，为类似工程提供借鉴。 |
| 作者： | 丁冬冬 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 唐述林;梁庆国 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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