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层状围岩隧道开挖稳定性及锚杆非对称支护方式研究
| 论文题名： | 层状围岩隧道开挖稳定性及锚杆非对称支护方式研究 |
| 关键词： | 层状围岩隧道;开挖稳定性;锚杆杆体;非对称支护;拉伸断裂 |
| 摘要： | 层状围岩中由于软弱层理面的存在，隧道开挖后容易产生非对称大变形现象，对隧道的安全施工与支护结构的合理设计带来较大的挑战。基于此背景，本文建立了能反映双弱面层状岩体各向异性特性的本构模型以及能反映锚杆杆体拉伸断裂的锚杆拉断模型，在此基础上开展了层状围岩隧道开挖稳定性及锚杆非对称支护方式的研究，得到以下结论: (1)通过对双弱面层状岩体本构模型的强度各向异性特征、形变各向异性特征以及开挖后围岩变形的非对称特征进行数值验证发现，该模型可以较好的反映各向异性岩石的力学特性。 (2)得到了锚杆拉断力学模型在服役期的三种状态，即当锚杆所受到的外力小于锚杆的极限抗拉压能力，且锚杆杆体的形变值小于其极限变形能力，锚杆处于弹性状态;当锚杆杆体承受的外力达到锚杆杆体的极限承载能力，但锚杆的位移值未达到其极限位移时，锚杆杆体的内力保持不变而位移继续增长;当锚杆杆体的位移值达到锚杆的极限变形能力时，锚杆产生断裂。 (3)锚杆断裂后，断裂处轴力变为零，而未断裂处锚杆依然承担着一定的轴力。同时，断裂位置处的锚杆单元在后续的受力过程中，其长度呈现出波浪形的变化特征，说明此时锚杆单元不断的受着拉压循环应力，已经失去对围岩形变的控制能力。 (4)当双弱面组合中两个弱面的倾角都较大时，两弱面间的夹角对隧道开挖后围岩的塑性区和位移的分布规律影响较小;当双弱面组合中某一弱面的倾角较小时，两弱面间的夹角对隧道开挖后围岩的塑性区和位移的分布规律影响较大。 (5)对比不同地应力条件下围岩的塑性区与变形分布规律可知，围岩的非对称塑性区和位移的分布规律受应力场与弱面角度双重因素的影响，规律较为复杂。同时对典型弱面倾角组合下隧道锚杆非对称支护的研究结果表明，隧道锚杆的非对称支护，即“长锚杆+短锚杆”方式（在围岩塑性破坏较大的地方采用长锚杆支护，同时在塑性破坏较小的位置采用短锚杆支护），可以有效的控制围岩塑性区的发展。 |
| 作者： | 刘锦欣 |
| 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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