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大断面黄土隧道的扁平率及复合式衬砌受力研究
| 论文题名： | 大断面黄土隧道的扁平率及复合式衬砌受力研究 |
| 关键词： | 大断面;复合式衬砌;扁平率;力学特性;黄土隧道 |
| 摘要： | 隧道和地下工程的开挖是一个在时间和空间上不断变化的过程，而且施工难度大，造价高。近年来，随着我国经济的快速增长，城市地面公路的交通运输能力已远远不能满足人们的出行要求，交通拥堵现象是一个亟待解决的问题。地上发展已经饱和，需将眼光转向地下，公路隧道等轨道交通的兴盛为解决此问题提供了有力手段。再者，城市的快速发展对公路等级提出了更高的要求，前期城市基础建设投入的不足、超前意识的缺乏严重制约着城市的进一步发展，因此，眼光要长远，不能用静止的观点规划城市建设，重复投资是一种浪费，修建大跨度公路隧道体现了时代的要求。 本文以兰州北环路九州隧道为依托，利用有限元分析软件MIDAS-GTS，建立弹塑性模型。首先研究大断面隧道不同围岩级别下，既能保持横断面受力稳定，又能节约工程造价的最优扁平率，其次分析复合式衬砌结构的受力特性。研究思想及得出的结论如下: (1)在研究最优扁平率时，鉴于九州隧道开挖时穿越了不同的地质层，取代表性的三组围岩及三组扁平率，组合出九种不同的围岩、断面;取断面上的标志点:拱顶、左右拱肩、左右拱角，将标志点的锚杆轴力、喷混轴力、喷混弯矩、衬砌位移作为评价指标，来评价围岩、扁平率组合下，既能维持断面受力稳定，又能节约经济的最优断面。分析发现，Ⅲ类围岩，0.588的扁平率;及Ⅳ、V类围岩中0.625的扁平率是满足上述要求的最优断面。 (2)在研究复合式衬砌的力学特性时，根据《公路隧道设计规范》，九州隧道Ⅳ类围岩段中二次衬砌是承受荷载，为研究二次衬砌对结构整体稳定起到了怎样的有利作用;增加衬砌厚度是否就一定能保证结构稳定等问题，选取九州隧道Ⅳ类围岩段进行分析，取4组不同的二衬厚度:30cm、40cm、50cm，60cm、70cm，来研究二衬厚度变化引起结构整体受力的变化情况，仍然以标志点作为考察点，“窥一叶而知秋”。研究结果发现，衬砌的强度安全系数并非单纯的随着衬砌厚度的增加而增加，当厚度过大时，反而会按抗拉强度控制承载，由于混凝土的抗拉强度远远小于抗压强度，这种做法既不经济也不安全。 |
| 作者： | 宋晓蕊 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 朱彦鹏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州理工大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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