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隧道浅埋偏压段半圆拱形初砌结构荷载反分析研究
| 论文题名： | 隧道浅埋偏压段半圆拱形初砌结构荷载反分析研究 |
| 关键词： | 隧道工程;浅埋偏压段;半圆拱形;初砌结构;荷载反分析 |
| 摘要： | 伴随我国公路交通建设逐步深入地表起伏较大的山岭地区，途经浅埋偏压围岩的隧道工程大量涌现。浅埋偏压段隧道掘进容易出现坍塌、冒顶、地表沉陷等地质灾害，然而常规位移监测手段无法直接反映初砌结构的受力状态。因此，依据刚性初砌结构及浅埋软弱围岩特点，利用监测数据计算隧道关键初砌结构所受外荷载，对于表征初砌结构稳定性、指导施工方案调整具有重要意义。 本文以内蒙古白永高速隆盛隧道为工程背景，结合反分析及有限元影响线理论，分别采用逆反、正反分析法，反演上台阶半圆拱形初砌结构所受的未知浅埋、偏压围岩荷载，主要研究工作与结论如下： （1）引入结构影响线原理并通过算例验证其有效性，通过影响线的应用，使得“荷载——结构”有限元正算模型与未知荷载反演计算有机结合在一起，避免了复杂公式的推导，极大简化了荷载反分析的求解思路。 （2）对隆盛隧道施工工艺、现场围岩-初砌层间压力监测数据进行处理，判定较长的上台阶长度、与上下台阶邻接处喷混凝土提供的强大横向粘结作用，是下台阶拱肋墙施工未对周遭围岩造成较大扰动的主因，表明针对浅埋偏压初砌结构进行稳定性评价，应以靠近掌子面的上台阶半圆拱形初砌结构为研究对象。 （3）根据隆盛隧道YK86+630断面应力、位移数据分析结果，采用均布径向荷载与梯度切向荷载表征围岩-初砌间相互作用关系，建立有限元正算模型，计算相关影响线，进行半圆拱形初砌结构荷载反分析。对比反演荷载与实测的应力数据结果，验证了模型建立、围岩-初砌间作用关系假设的有效性。 （4）采用考虑监测数据容差率的多参数荷载表征偏压荷载的复杂特性。通过引入规划问题求解思路，将原本带有大量不等式约束在内的多参数荷载反分析问题转化为多元二次规划问题。四、十六参数算例表明，所用fmincon函数可基于内点罚函数法，实现多参数偏压荷载反分析问题的快速精确求解。 本文通过对隧道浅埋偏压段半圆拱形初砌结构进行荷载反分析，提出了一种利用监测数据快捷反馈围岩荷载的计算方法，可为隧道工程施工及支护结构动态设计提供参考。 |
| 作者： | 刘英棨 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 张谢东 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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