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基于松动圈理论的软岩大变形隧道支护技术研究
| 论文题名： | 基于松动圈理论的软岩大变形隧道支护技术研究 |
| 关键词： | 软岩隧道;支护技术;参数优化;围岩稳定性;松动圈理论 |
| 摘要： | 随着国家公路、铁路建设的大力发展，需要修建穿越各种复杂地质情况的隧道工程，而在软岩隧道的施工过程中，容易发生大变形、侵限等工程问题，因此有必要进行深入研究软岩隧道的围岩稳定性和支护技术。本文依托成兰铁路某新建隧道，对软岩的力学特性进行分析，在此基础上依托围岩松动圈理论进行围岩稳定性分析。然后依托实际工程进行理论计算，根据计算结果对隧道初期支护参数进行优化。再通过数值模拟计算对比分析参数优化前后围岩的稳定性。最后将参数优化后现场实测得到的结果与理论计算、数值模拟的结果进行对比分析，得到主要结论如下： （1）由千枚岩的物理指标测试可知，隧址区千枚岩的含水率较低，节理发育较强，完整性较差。通过单轴压缩试验过程中的声发射特征曲线可知试件在压密阶段、弹性阶段声发射活动均较少，在试件临近破坏前声发射活动骤增至峰值。同时，基于Kaiser效应可知，原岩处于高地应力状态下，试件的破坏形态以张剪复合型破坏形态为主。 （2）常规三轴压缩试验结果表明，试件的峰值强度、残余强度与围压成正比关系，峰后变形特征表现了应变软化现象。峰值应变的数量级达到了10-2，岩石的破坏形式从低围压的张拉-剪切破坏向高围压的剪切破坏过渡，表明了试件在高围压下具有延性破坏的大变形破坏特征。 （3）根据强度参数与应变软化参数的关系为中间变量建立了基于统一强度理论的应变软化模型，通过模型拟合的千枚岩在不同围压下的峰后应力-应变曲线与常规三轴试验结果对比，验证了模型的可行性。在此基础上推导了隧道围岩松动圈半径及围岩位移的计算公式。 （4）依托实际工程进行理论计算，根据理论计算的松动圈范围进行初期支护参数优化。在此基础上，采用FLAC3D数值模拟软件对参数优化前后的松动圈范围、围岩位移、围岩应力以及锚杆应力进行对比分析。可得，参数优化后的松动圈厚度减小了0.2~0.3m，同时，拱顶沉降、周边收敛分别降低了48.5%和45.4%，围岩最大主应力降低了43.5%，锚杆最大应力降低了28.3%，说明依托松动圈理论的参数优化能及时提供支护阻力，并有效的控制了围岩变形进而增加了围岩的稳定性。 （5）通过现场测试得到松动圈厚度及围岩位移，将其结果与理论计算、数值模拟的计算结果进行对比，确定了松动圈范围及围岩位移的变化规律，进一步得到理论计算及数值模拟计算结果与现场实测结果比较接近，验证了基于统一强度理论的应变软化模型对软岩大变形隧道的围岩弹塑性分析具有较好的适用性。 |
| 作者： | 万策 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 邓祥辉;唐林 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西安工业大学 |
| 学位年度： | 2020 |
| 正文语种： | 中文 |
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