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基于热-力耦合隧道围岩稳定性分析及锚杆支护参数优化
| 论文题名： | 基于热-力耦合隧道围岩稳定性分析及锚杆支护参数优化 |
| 关键词： | 隧道工程;锚杆支护;参数优化;围岩稳定性;热力耦合作用 |
| 摘要： | 随着“西部大开发”等国家战略的实施，云贵川藏等西部地区的交通基础设施得以大力发展，高地温高地应力已成为地下隧道工程面临的重大问题。高地温隧道内部与外部围岩之间存在温度差，从而产生附加温度应力，且温度场与应力场之间存在复杂的相互耦合作用，对隧道安全具有不可忽略的威胁。鉴于此，本文以高黎贡山腾越隧道为工程背景，利用有限差分计算程序FLAC3D进行数值模拟，建立隧道三维热-力耦合数值模型，研究得到了热-力耦合作用下隧道围岩的位移和应力特征、初支结构安全系数及合理的锚杆支护参数建议取值，研究成果具有一定的理论价值和实际工程意义，主要研究内容及成果如下： （1）通过查阅相关文献，厘清隧址区高地温形成的原因及考虑温度的必要性，并对热-力耦合作用下隧道围岩应力公式进行理论推导分析，得到了在热-力耦合作用下围岩深度超过7m～8m后，围岩径向应力和环向应力基本趋于稳定。 （2）利用有限差分计算软件FLAC3D建立三维数值模型，对不同围岩初始温度热-力耦合作用下隧道围岩稳定性进行分析，得到了不同初始围岩温度下隧道周边位移、应力及初期支护结构拉压应力、弯矩、轴力随温度变化的规律。结果表明：在热-力耦合作用下隧道围岩和初期支护结构分别在围岩温度超过80℃和70℃之后逐渐失稳。 （3）利用有限差分计算软件FLAC3D建立三维数值模型，对有无锚杆支护和是否考虑热-力耦合作用隧道锚杆支护效果进行分析，得到了四种不同工况下围岩位移、应力和初期支护结构拉压应力、安全系数变化的规律。结果表明：在相同支护参数前提下，考虑热-力耦合较不考虑热-力耦合而言，锚杆支护效果显著提高，但拱脚处安全系数略低于规范要求安全系数1.8。 （4）利用有限差计算分软件FLAC3D建立三维数值模型，对考虑热-力耦合作用下锚杆长度和间距支护参数进行优化分析，得到了热-力耦合作用下不同锚杆长度和间距下围岩位移、应力、塑性区及安全系数分布规律。结果表明：当锚杆长度达到8m，锚杆间距不大于1.0m×1.0m时，各关键点安全系数均超过规范要求安全系数1.8。综合考虑安全、经济、施工难度等因素，在热-力耦合隧道锚杆长度宜取8m，锚杆间距宜取1.0m×1.0m。 |
| 作者： | 陈忠波 |
| 专业： | 土木工程;结构工程 |
| 导师： | 彭念 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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