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基于强度折减法的隧道围岩自稳能力研究
| 论文题名： | 基于强度折减法的隧道围岩自稳能力研究 |
| 关键词： | 隧道围岩;自稳能力;强度折减法;地质强度指标;正交试验 |
| 摘要： | 传统的自稳能力评价方法主要是依据围岩质量分级，再针对各级岩体中不同跨度区间的隧道进行自稳时间及可能塌方程度预计。这些方法的共同特点是枚举式，根据围岩级别，当最大跨度在某一范围的洞室开挖后，裸体围岩不发生塌落的时间及可能的坍塌表现方式与程度。然而，这类评价方法的结果并没有提供确切的定量表征指标，仅仅是定性的描述，准确程度依赖研究者的经验，而且没有涉及到围岩支护结构承载力计算及稳定性定量指标问题。本文将基于强度折减法，提出了一种隧道围岩自稳能力的定量评价方法。 首先，详细介绍了强度折减法的基本原理及优越性，将强度折减技术与有限差分法相结合，采用Morh-Coulomb塑形模型，通过对岩土体的抗剪强度进行折减，使岩土体达到破坏状态，此时所得到的折减系数即为岩土工程的安全系数。强度折减数值分析方法既具有数值方法适用范围广的优点，又能获得岩土工程的稳定性评价指标，具有实用性强的特点。 其次，根据隧道的失稳机理，结合FLAC软件的运算特点，对数值计算中隧道围岩的失稳判据分别进行了讨论。根据在大应变模式下有限差分软件FLAC具有更强的收敛能力的特点，故将隧道拱顶下沉发生突变作为隧道围岩发生破坏的判据能够较为准确地获得隧道的安全系数。塑性区贯通判据仅仅是隧道围岩失稳的必要条件，可作为其他失稳判据的补充。 然后，基于GSI评分系统，首先根据Hoek-Brown准则和Mohr-Coulomb准则的关系来确定岩体的抗剪强度参数，应用有限差分法和强度折减法，计算未支护隧道的安全系数，并将其定义为自稳系数，作为隧道围岩的自稳能力评价指标。此外，根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)，对于各级围岩选取最不利岩体力学参数，并采用最低的支护标准，将这种状态下的隧道围岩安全系数定义为标准安全系数下限，作为隧道围岩能否自稳的参考指标。由此，确立了隧道围岩自稳能力的定量评价方法。 最后，通过FLAC软件，以隧道围岩自稳系数为考核指标，引入正交试验设计，通过极差分析，揭示了岩层地质、岩性及隧道形状等因素对围岩自支护结构稳定性影响程度的级序。 |
| 作者： | 何新亮 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 苏永华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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