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基于极限应变破坏理论的隧道围岩稳定性分析
| 论文题名： | 基于极限应变破坏理论的隧道围岩稳定性分析 |
| 关键词： | 隧道工程;施工技术;围岩稳定性;极限应变破坏理论 |
| 摘要： | 随着我国公路建设的快速发展，位于软弱地层的隧道数量不断增加。软弱围岩稳定性较差，施工期间极易发生大变形，造成支护结构受损。为了保证围岩的稳定性，预防灾难性事故的发生，有必要对隧道施工过程中软弱围岩的变形及稳定性进行研究，为软弱地层隧道施工提供理论依据。 本文依托阿扎河1号隧道，采用理论分析、数值模拟、现场监测等手段开展隧道开挖过程中、初支施作完成后围岩稳定性研究，主要研究内容和成果如下： （1）基于摩尔-库仑准则，采用有限差分软件模拟边长为150mm立方体试件的单轴压缩试验，得出理想弹塑性条件下Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级围岩的极限剪应变和极限主拉应变。 （2）由于受到周边材料的抑制作用，围岩材料会出现更大的极限应变，如Ⅴ级围岩材料在常规三轴受力情况下岩块极限应变大于单轴压缩受力情况下岩块极限应变。从安全的角度考虑，在围岩稳定性分析中将材料在单轴压缩情况下的最大剪应变作为判断隧道围岩稳定性的依据。 （3）采用FLAC3D建立了不同开挖工法、不同埋深、不同围岩等级下三维模型，监测拱顶、拱腰、边墙在隧道开挖过程中位移的变化，分析了各开挖步序下各关键点位移占总位移中的占比。三种工法相对比，得出台阶分部法最佳；在不同埋深和不同围岩等级下中部和下部的开挖对周边收敛变形影响较大。 （4）在不同开挖工法、不同埋深、不同围岩等级下，围岩变形空间效应主要是由预变形、快速发展、变形基本稳定三个阶段组成，其影响范围约为监测点布设断面前2.3倍开挖洞径到监测点布设断面后2倍开挖洞径。 （5）基于强度折减理论，以极限剪应变贯通为判据分析初支施作完后的围岩破裂面的演化过程，得到了在不同开挖工法、不同埋深、不同围岩等级下隧道稳定性安全系数。 （6）对拱顶沉降、拱腰收敛、边墙收敛采用指数函数、对数函数、双曲线函数拟合，选取相关系数较高的函数。得到埋深为70m二衬的施作时机为掌子面距监测断面15m，埋深为111m二衬的施作时机为掌子面距监测断面22m。对比现场监测数据和数值模拟结果，验证了数值模拟较为准确。 |
| 作者： | 苏军伟 |
| 专业： | 土木工程;桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 蒋树屏 |
| 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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