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渗流作用下第三系半成岩地层弱胶结砾岩隧道掌子面稳定性研究
| 论文题名： | 渗流作用下第三系半成岩地层弱胶结砾岩隧道掌子面稳定性研究 |
| 关键词： | 铁路隧道;弱胶结砾岩;地下水渗流;掌子面稳定性;围岩强度劣化;变形监测;安全系数 |
| 摘要： | 随着工程建设规模和地域的不断扩大，越来越多的铁路隧道开始在第三系半成岩高水压地层中建设。第三系地层尤其是弱胶结砾岩具有成岩度比较低、遇水易软化等问题，容易引起隧道在开挖过程中的塌方、大变形、涌水等现象。这些特殊工程问题，引起了工程界的关注，也对铁路隧道建设者提出了严峻挑战。由于目前对第三系半成岩地层工程性质的认识还十分有限，对此类地层中隧道施工的关键技术问题尚未形成系统可靠的工程对策，因此，为了保证隧道的施工安全，对第三系半成岩地层中隧道变形与稳定性开展系统研究很有必要。 本文对第三系半成岩地层弱胶结砾岩隧道掌子面的稳定性进行系统研究。通过现场采样与室内试验获得砾岩的物理力学参数，然后采用数值模拟的方法分析掌子面开挖后地下水渗流引起的围岩强度劣化对隧道掌子面稳定性的影响。提出判断掌子面稳定性的依据，并对掌子面的稳定性进行定量分析，为今后类似条件下的隧道建设提供参考。结论如下: (1)通过现场采样和室内试验，得出掌子面围岩强度在渗流作用下的劣化规律:隧道掌子面附近第三系弱胶结砾岩在开挖后，其力学指标c和tanψ随着渗流时间的增加而降低。 (2)通过数值计算得出隧道开挖不能维持稳定。同时通过计算开挖后不同渗流时间下隧道的安全系数，得出地下水渗流导致的弱胶结砾岩强度劣化对隧道掌子面稳定性的影响显著。 (3)通过分析不同渗流时间下隧道开挖后的位移场和塑性区，得出隧道开挖后的失稳表现为掌子面的挤出变形过大，故在施工过程中要注意监测掌子面上的位移变化。 (4)通过计算饱和状态条件和渗流3天条件下隧道使用三台阶预留核心土法开挖的过程中各个开挖步的安全系数并进行对比，得出各个开挖步开挖后渗流3天时的安全系数均比刚开挖后的安全系数降低0.1左右。隧道在上台阶开挖时的安全系数最小，其次为中台阶和下台阶开挖时的安全系数，而在核心土开挖时安全系数最大。 |
| 作者： | 于洪洋 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 乔春生 |
| 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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