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原文传递软弱层浅埋隧道围岩稳定性特征量分析与评价

论文题名：	软弱层浅埋隧道围岩稳定性特征量分析与评价
关键词：	软弱层浅埋隧道;地层沉降;围岩稳定性;数值模拟;熵权物元可拓
摘要：	近年来，我国城市化进程不断加快，各大城市逐渐向城市边缘扩张。成都是西南地区的经济中心，城市化速度快、范围广，与之呼应的是大量修建地下交通设施。当地铁向城市边缘不断延伸时，地质条件也愈发复杂，不同地质条件和施工工况对隧道稳定性的影响是多方面的。因此，研究不同工况对浅埋隧道围岩稳定性特征量的影响具有重要的现实意义。　　本文以成都地区浅埋隧道为主要研究对象，采用相似模型试验、数值模拟、稳定性评价等研究手段，分析围岩变形、地表沉降、围岩应力等隧道稳定性特征量在不同工况下的变化规律，以及隧道稳定性对各影响因素的敏感性。最后借助隧道稳定性评价模型将各影响因素应用到地铁实际工程的稳定性分析中，为实际工程提供参考。本文的主要研究内容和成果如下：　　（1）自主设计了砂土冲沟隧道相似模型试验箱、监测系统、数据采集系统，试验模拟了砂土冲沟隧道（地表倾角分别设为15°、30°、45°）面坡和背坡开挖过程，分析了隧道围岩应力、地层变形等参数的变化规律。实验结果表明，拱顶土压力最大，且随地表倾角增加而增大，背坡开挖要小于面坡开挖。当地表倾角从15°变化到30°时，拱顶压力的平均增长率为27%，从30°变化到45°时，平均增长率为41%。相较于面坡开挖，背坡开挖拱顶压力平均减小7.9%。地层变形模式可大致分为突变型和平缓型，突变型为土体位移在隧道开挖断面处突然增大，平缓型为在隧道开挖断面处，土层位移开始增加，而后增大速率逐渐减小，直至稳定。　　（2）通过ABAQUS模拟分析了不同断面形状隧道在冲沟地形开挖的稳定性特征量，重点研究了地表沉降值。沿着隧道开挖方向，通过数据拟合得出地表沉降曲线为抛物线的结论，并且地表沉降值减少率随掘进深度的增加而降低。　　（3）建立大量以成都地质条件为背景的有限元模型，分析断面形状、断面尺寸、土层分界线对隧道稳定性特征量的影响规律，以及衬砌的受力特点等。设计正交试验研究稳定性特征量对工程中影响因素的敏感性，对试验结果进行极差分析并得出结论：隧道的支护类型、隧道断面尺寸以及埋深是影响隧道稳定性的关键因素。　　（4）结合已有研究成果，收集大量文献和工程资料，确定出浅埋隧道围岩稳定性影响因素的各指标等级，选取隧道开挖跨度、埋深、地表倾角、地下水、管理及技术水平、开挖方法、断面形状、年均降雨量为评价指标。采用熵权法确定各指标权重，并结合可拓物元模型对成都地铁13号线龙华寺站~龙安站区间隧道进行稳定性评价，得出此区间隧道稳定性等级为Ⅰ级。对比工程实测数据和现场情况，此评价结果与隧道稳定性实际情况相符。
作者：	张兴伟
专业：	安全工程
导师：	王超
授予学位：	硕士
授予学位单位：	四川师范大学
学位年度：	2022