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裂隙岩体深埋隧道大变形控制研究
| 论文题名： | 裂隙岩体深埋隧道大变形控制研究 |
| 关键词： | 铁路隧道;支护结构;变形控制;裂隙岩体;注浆工艺;浆液扩散规律 |
| 摘要： | 在构造应力大，构造运动历史复杂的地区，常遇到被多组节理面和层理面相互切割形成的裂隙岩体地层。在该类地层中修建隧道时，若埋深较大，隧道极易在巨大的围岩荷载作用下发生大变形，危害施工安全。本文依托西成客运专线阜川隧道工程，在大变形段开展支护优化现场试验研究，结合理论分析及数值模拟，分析了支护刚度随结构体系转换的变化规律，揭示了支护刚度与支护结构变形间的内在联系，对不同形式的支护结构在改善支护结构及二衬受力、调动围岩自承能力方面的效果进行了评价，明确了双层支护结构耦合作用机理，给出了双层支护最佳施作时机量化判据。借助流体力学知识，建立了裂隙岩体注浆计算模型，通过自编程序模拟了三维随机裂隙网络中的浆液运动，分析了裂隙岩体中浆液扩散规律，给出了裂隙岩体注浆参数选取的合理建议。主要成果如下: 1、以西安-成都客运专线阜川隧道为背景，归纳了裂隙岩体深埋隧道常见的工程问题，分析大变形段岩体的工程性质，阐明了该类隧道发生大变形的根本原因在于裂隙高度发育、岩质软弱的不利围岩情况及复杂的地应力状态，而隧道所在地区复杂且剧烈的构造运动历史是上述现象产生的深层原因。 2、在阜川隧道大变形段开展了支护结构优化现场试验，对深埋大变形隧道在不同的支护形式及支护时机下的变形规律进行了分析，提出了考虑施工期支护结构体系转变的支护刚度计算模型，揭示了支护刚度与变形间的内在联系，指出了支护结构应具有与围岩荷载增长相匹配的支护刚度，以控制围岩的变形速率。 3、利用FLAC3D建立了阜川隧道三维数值模型，对不同支护方案下隧道施工期的围岩应力、接触压力、钢架内力、塑性区发展规律及纵向支撑效应等方面进行了深化研究，证明了施作双层支护的必要性及有效性，揭示了双层支护耦合作用的内在机理，指出了支护结构的变形破坏是一个渐进的过程，明确了支护结构的设计应以控制薄弱部位的变形为原则，给出了双层支护合理施作时机的量化判据，为类似工程提供了参考。 4、根据现场测得的裂隙几何数据，运用统计回归及蒙特卡洛法模拟了阜川隧道围岩的三维裂隙网络，并采用自编Python程序对多种注浆方案下浆液在裂隙岩体中的流动进行了模拟，研究了裂隙岩体中浆液的扩散规律，指出了浆液在裂隙网络中的流动扩散具有阶梯增长、逐层递减、各向不均等特点，并以此为依托给出了裂隙岩体注浆参数的选择建议，为注浆方案的设计和优化提供了依据。 |
| 作者： | 雷可 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 张德华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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