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考虑空间效应的深埋富水围岩隧道开挖变形研究
| 论文题名： | 考虑空间效应的深埋富水围岩隧道开挖变形研究 |
| 关键词： | 深埋富水隧道;隧道开挖;围岩变形;空间效应;应力渗流耦合;数值模拟 |
| 摘要： | 隧道作为一种重要的地下结构，对其变形规律的研究是一项重要的课题。在隧道施工过程中，围岩的初始应力场发生变化，从而应力重新布局。当存在地下水时，隧洞周边会形成渗透场，其方向为四周指向洞内，此过程中围岩的渗透特性变化，由此引起围岩应力场的变化，二者相互制约。尤其对于深埋富水围岩隧道，高地应力、高水压围岩应力场与渗流场耦合作用下，隧道开挖围岩变形值很大且变形速度很快。此外，端面效应作用下，随着开挖面的推进，围岩的位移、围岩-支护互相作用不断变化，因此，在研究隧道施工中的围岩位移要考虑空间效应的影响。 在考虑空间效应的基础上，本文通过理论解析、数值方法及现场实测等综合分析途径，开展对深埋富水隧道施工中围岩开挖变形的研究工作。基于空间效应理论，分析隧道开挖围岩的位移释放规律，探究考虑开挖面空间效应时的围岩-支护作用机制；从理论上分析破裂岩体的渗透场及水体岩体互相影响，研究破裂岩体的渗透场、位移场和应力场间耦合作用；建立深埋富水围岩隧道开挖施工的三维有限元分析计算模型（即考虑空间效应），分析围岩等级、支护情况、开挖方式、地下水情况及注浆加固对围岩开挖变形的影响。通过数值模拟和现场监测数据对比分析小北山1#隧道中高水位下软弱破碎带围岩开挖变形的规律以及注浆加固的效果。 研究分析结果表明：围岩变形贯穿整个开挖过程，围岩等级决定了围岩开挖变形速度、变形总量及变形收敛时间。施作支护能显著减小低等级围岩的开挖变形，施工方法的选择会影响围岩开挖变形的过程。随着地下水位的上升，渗流水引起隧洞的整体固结沉降和周边收敛增大，注浆能减小隧道的沉降及周边收敛变形，对抵制高水位下破裂岩体位移效果显著。以上结论具备参考意义，能够为今后深埋富水围岩隧洞的施工提供引导。 |
| 作者： | 张延森 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 李小青 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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