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基于湿陷性黄土流变特性的隧道稳定性研究
| 论文题名： | 基于湿陷性黄土流变特性的隧道稳定性研究 |
| 关键词： | 湿陷性黄土;流变特性;蠕变试验;伯格斯模型;隧道稳定性 |
| 摘要： | 黄土是一种工程性质特殊的土壤，具有湿陷性、大孔性及欠压密性等特点，在我国西北地区广泛分布，甘肃、陕西等地区的湿陷性黄土占全国黄土总面积的五分之三左右。随着“一带一路”的国家战略思想的提出与实施，我国进一步加强了对西部地区交通基础设施建设的力度，高等级公路建设过程中也不断出现了大量黄土隧道。由于黄土在浸水后结构易发生破坏，容易产生湿陷性变形，而施工对黄土结构性的扰动破坏也将导致其长期力学特性的损伤劣化，在隧道后期运营过程中，湿陷性黄土因流变效应产生的较大变形可能会影响隧道结构的稳定性。因此，从湿陷性黄土流变特性的角度出发，分析隧道的稳定性具有重要的理论意义和工程应用价值。 本文依托甘肃省科技重大专项项目《甘肃省湿陷性黄土地区公路修筑成套技术研究》，以甘肃省兰州定远隧道为研究对象，结合黄土的流变特性对隧道的稳定性展开研究。在广泛查阅相关文献资料的基础上，首先对隧道原状黄土试样进行了三轴蠕变试验，根据应力-应变关系曲线确定了其流变本构模型，拟合出了相应流变参数。运用FLAC3D软件建立了隧道模型，模拟了隧道开挖过程，分析了隧道开挖过程的围岩稳定性。结合围岩的流变特性，对运营期的隧道围岩进行了蠕变计算，通过围岩位移变化的趋势和衬砌结构的力学特征对湿陷性黄土隧道进行了长期稳定性评价。本文的主要研究成果如下： （1）通过对原状黄土样的室内三轴蠕变试验的结果分析表明，黄土试样都经历了急速蠕变和稳定蠕变的过程，卸载会产生回弹变形并残留一部分永久变形。黄土试样所体现的流变特性与四参数伯格斯模型所对应的流变特性契合度高，说明定远隧道湿陷性黄土具有明显的流变效应，应该考虑围岩的流变效应对隧道稳定性的影响。 （2）通过模拟隧道的开挖过程，对比分析了不同埋深的隧道围岩应力和位移的变化规律。台阶法施工过程中开挖上台阶时，原始应力大量释放，应力场和位移场均发生较大变化；随着开挖后及时的初期支护，约束了围岩的变形，在整个施工过程中随着应力的重新分布，隧道不会发生失稳破坏。 （3）隧道开挖过程中，最大埋深处为最不利断面，拱顶累积沉降值为28.45cm，拱底则产生20.07cm的隆起，塑性区呈x形分布且面积逐渐增大。 （4）对完成二衬后的围岩进行30年蠕变分析，研究表明流变作用在前230天左右对围岩变形影响较大，拱顶累积沉降值为3.2cm，占总沉降值的80%，随着时间的推移围岩变形速率逐渐减小，最终围岩处于稳定状态，衬砌结构在后期的受力过程中也处于安全范围内。 |
| 作者： | 尹航 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 欧湘萍 |
| 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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