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水平层状围岩隧道顶板力学模型与稳定性研究
| 论文题名： | 水平层状围岩隧道顶板力学模型与稳定性研究 |
| 关键词： | 高速公路隧道;水平层状围岩顶板;力学模型;层间粘结强度;数值模拟 |
| 摘要： | 水平层状岩体是一种典型的具有层状构造的沉积岩，广泛分布于我国西南、华中以及陕北地区。当隧道穿过水平层状岩体时，极易出现隧道拱部离层、顶板弯折、严重超挖，甚至坍塌等工程事故。本文通过对水平层状岩体破坏机理的研究，建立了不同层间粘结强度隧道项板的力学模型，并采用离散单元法数值模拟研究了水平层状围岩隧道的稳定性，大致定量地给出了层间粘结强度的判定标准，最后依托某高速公路隧道工程，验证了隧道顶板力学模型和层间粘结强度判定方法的正确性。具体结论如下: (1)按照水平层状岩体层间介质粘结强度的不同，将水平层状围岩隧道顶板力学模型分为弱粘结强度项板力学模型、中粘结强度顶板力学模型、强粘结强度顶板力学模型三种。并采用岩梁模型计算得到三种不同项板力学模型关键节点的应力和挠度的计算公式。 (2)采用UDEC数值模拟软件进行水平层岩隧道拱顶竖向位移正交试验，得到层间介质力学参数中的六个因素对水平层状围岩隧道竖向位移影响的主次关系为:法向刚度＞内摩擦角＞切向刚度＞粘聚力=抗拉强度＞剪胀角。并根据数值模拟的结果，得到随着层间法向刚度和内摩擦角的增大，水平层状围岩隧道拱项竖向位移逐渐减小。 (3)根据层间介质的法向刚度和内摩擦角对水平层状围岩隧道拱顶竖向位移的影响，大致定量判断层间介质的粘结强度。即当水平层状岩体层间的法向刚度kn＜30MPa/cm且内摩擦角ψ＜12°;或者kn＜20MPa/cm且ψ＜20°;或者kn＜10MPa/cm时，水平层状岩体的层间介质粘结强度较弱°当水平层状岩体层间的法向刚度kn，＞40MPa/cm且内摩擦角ψ＞36°;或者kn＞50MPa/cm且ψ＞28°;或者kn＞70MPa/cm且ψ＞24°时，水平层状岩体的层间介质粘结强度较强。法向刚度和内摩擦角介于以上两者之间时，其水平层状岩体层间的粘结强度较为适中。 (4)依托某高速公路隧道工程项目，采用理论计算、数值模拟和现场实测相结合的方法验证了隧道顶板力学模型计算公式和层间粘结强度的定量判定标准的正确性。 |
| 作者： | 卢泽霖 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 邓祥辉 |
| 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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