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地表水入渗对浅埋大断面黄土隧道稳定性影响分析
| 论文题名： | 地表水入渗对浅埋大断面黄土隧道稳定性影响分析 |
| 关键词： | 大断面黄土隧道;地表水入渗;本构关系;稳定性 |
| 摘要： | 黄土覆盖区域表层黄土一般为Q4、Q3期新黄土，土组构颗粒间黏结性差，孔隙率较大，降雨或灌溉等地表水入渗后，土体结构易遭到破坏。当隧道穿越浅埋段时，加上施工对围岩的扰动，此类工程更容易产生达到地表的裂缝和坑穴，最严重时可能形成塌方，施工人员的安全会受到严重威胁。本文依托陕西某大断面黄土隧道的超浅埋段，根据现场监控测量以及室内土三轴试验数据，使用Midas GTS NX软件建立了隧道施工模型，对不同降雨强度、时长情况下隧道开挖过后的稳定性进行了定量分析，主要成果如下: (1)陕西关中某黄土隧道取回原状土，测试了自然与饱和含水率，并按照含水率对试样进行了分组，做了三轴剪切试验和等压试验。主要得到以下结论:随着含水率增大，试样的弹性阶段和屈服阶段持续的应变总量并无较大变化，但开始出现明显的破坏阶段;试样的破坏受含水率和围压两项指标的影响最为明显，破坏程度随前者的增大而减小，后者的增大而增大;黄土力学性质中受含水率影响较大的是弹性模量及粘聚力，内摩擦角相较这两项受影响较小。 (2)依托三轴试验数据，以胡克定理，德鲁克公设和依留辛公设为理论基础，建立了地表水入渗后黄土的弹塑性本构关系。经过验证，本构关系计算得到的应力-应变曲线与试验数据拟合效果良好。同时，与经典剑桥模型进行对比，新的本构关系对陕西关中地区的非饱和黄土有更好的适用性。 (3)采用Midas软件中的渗流-耦合模块对降雨入渗后围岩的含水率进行分析，依据陕西关中地区降雨强度添加地表渗流，流量分为强、中、轻三个级别。计算结果表明三种降雨强度对含水率造成的影响规律比较接近:地表约1m厚土层的含水率在降雨后达到饱和，影响程度随深度增加而降低，达到3到5m时影响基本可以忽略。根据降雨后的含水率分布规律，计算每1m厚土层的平均含水率，近似的认为土层内含水率均为平均含水率，并用三轴试验中该平均含水率试样的性质对土层的参数进行修改。用这种方法来近似的模拟降雨对围岩性质的影响。 (4)由数值分析结果可见，隧道围岩变形、支护受力分析中，隧道的拱顶沉降受降雨影响最大，沉降值增加20％～40％，初支混凝土和二衬钢架的应力也增加明显，增幅约在15％～20％之间，说明降雨对浅埋大断面黄土隧道的稳定性影响较大。应加强支护结构强度，保证结构的安全和稳定。 |
| 作者： | 杨东升 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 薛山;姚军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西安工业大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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