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既有公路隧道不同扩挖方式围岩塑性区分布研究
| 论文题名： | 既有公路隧道不同扩挖方式围岩塑性区分布研究 |
| 关键词： | 既有隧道;扩挖方式;围岩塑性区;锚杆支护;数值模拟 |
| 摘要： | 近年来，公路隧道的建设趋于大跨度和多功能，而早期修建的隧道因净空小、病害多等问题已经不能满足现代交通的需求。隧道扩建方面的理论研究相对滞后，基本参照新建隧道的技术规范，造成设计保守、支护失效、浪费物资等问题。 本文结合国内外学者的研究成果，依托黄山洞隧道扩建项目，运用Midas GTS NX数值模拟的方法，对既有隧道不同扩挖方式围岩位移、应力、塑性区分布以及塑性区控制进行研究。基于弹塑性理论和围岩力学分析及塑性区范围的近似解进行总结影响塑性区分布大小及分布轮廓的因素；通过汇总地表沉降、围岩竖向和水平位移的数值直观的反映不同扩挖方式围岩和支护结构的变形量；分析既有隧道不同方式扩挖围岩应力重分布之后的径向应力σy和环向应力σθ；分析围岩不同因素对塑性区的分布大小、形状轮廓的影响；研究塑性区的控制效果并选取最优锚杆锚固范围。研究主要结论如下： （1）建立围岩应力分布计算模型，获取隧道应力重分布后的径向应力σy和环向应力σθ。选做Mohr–Coulomb屈服准则作为塑性计算条件，根据塑性区范围的近似解计算公式，得出扩挖隧道围岩塑性区分布的影响因素。 （2）影响塑性区分布的因素中，扩挖尺寸a、力学参数c和φ影响塑性区的分布大小。侧压力系数?改变塑性区的形态和大小，且侧压力系数越接近1，塑性区分布越均匀，分布范围越小。 （3）既有隧道采用不同方式扩挖时围岩塑性区分布形态随着侧压力系数增大由“X”型缩小转化呈“蝶”型分布，最后转化较为均匀的“椭圆”型。单侧扩挖的方式使得围岩处于偏压状态，造成塑性区相对隧道中轴线两侧分布不对称，开挖侧围岩的塑性区分布范围更大，扩挖施工过程对塑性区最大影响范围在1.0~1.3D（D为隧道直径）；双侧扩挖时原隧道仰拱未受破坏，拱顶处应力释放，仰拱处应力相对集中，使得拱顶沉降大于仰拱隆起，所以塑性区在隧道中心上方分布范围更大，扩挖施工过程对塑性区最大影响范围在1.0~1.2D；周围扩挖对隧道四周围岩扰动相当，使得塑性区在中轴线两侧对称分布，水平线上部分围岩塑性区分布范围略大于下部分围岩塑性区，扩挖施工过程对塑性区最大影响范围在1.0~1.4D。 （4）通过优化锚杆长度来控制围岩塑性区的分布，可知锚杆锚固深度越大，塑性区的分布范围越小，分布形状更加规则。 |
| 作者： | 朱钊钊 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 杨俊;邓兴贵 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 三峡大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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