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原文传递隧道洞口穿越冰碛体稳定性研究

论文题名：	隧道洞口穿越冰碛体稳定性研究
关键词：	铁路隧道;冰碛体;开挖方式;围岩变形
摘要：	川藏铁路沿线地形复杂，工程建设需要考虑温度、湿度、工程地质、自然灾害等问题，被称为“史上最难建的铁路”，在西藏东南部，特别是念青唐古拉山，喜马拉雅山包括工布江达至措美等地方，广泛分布有冰碛体，成为川藏线建设中的一大难题。本文以川藏线上伯舒拉岭隧道为背景，开展了隧道洞口穿越冰碛体稳定性的研究。调研了各地区冰碛体的物理力学特性，归纳了冰碛体的分布特征、沉积构造，梳理了冰碛体物理力学特性研究进展。分析了影响冰碛体抗剪强度的因素，在细观条件下给出了冰碛体强度与粒径间摩擦角的关系，据试验和现场资料对伯舒拉岭隧道洞口八个区段围岩进行了分级，并对伯舒拉岭隧道洞口Ⅳ级围岩的开挖支护过程进行了数值计算，对比分析了三种不同开挖方式下围岩变形的规律及衬砌和围岩作用的结果。主要研究内容有：　　（1）调研了川藏及各地区的冰碛体情况，所涉及的工程包括铁路、公路、机场等，对其工程地貌、冰碛体形成原因、岩性、粒径及物理力学特性进行了详细的总结，结合《土工试验规程》中结合法的概念，对超粒径进行处理，并结合相似理论，以稻城典型冰碛体为例，以不均匀系数Cu和曲率系数Cc为相似指标，研制出了川藏地区冰碛体相似材料。　　（2）对冰碛体材料开展了室内直剪试验和三轴试验，对试验数据进行了分析，分析了冻融循环次数和含水率对冰碛体材料剪切强度和剪切指标的影响，对试验中冰碛体材料的破坏进行了理论分析和探讨，分析了冻融循环次数对冰碛体抗剪强度指标持续影响的过程以及应力-应变曲线变化的原因，研究了粉煤灰和机油对冰碛体材料的影响，分析这两种材料对冰碛体抗剪强度指标的影响机理，为模拟不同的冰碛体材料提供了依据。　　（3）基于三轴试验，通过类比建立了冰碛体材料细观条件下内部颗粒作用模型，建立了冰碛体材料强度与内部粒径摩擦角的关系，以普氏自然平衡拱理论为基础，引入冰碛体材料强度细观模型关系，对普氏理论进行修正，以伯舒拉岭隧洞为算例，对比研究了普氏理论、修正的普氏理论、太沙基理论、《铁路隧道设计规范》冰碛体隧道围岩压力计算结果的差异，并分析了其原因。以川藏线伯舒拉岭隧道为研究背景，对隧道洞口八个区段进行了围岩分级，分别采用BQ分级方法和基于熵权-可拓物元的围岩分级方法，对比分析了两种分级方法的结果和异同，对Ⅴ级围岩进行了更细致的划分，证明了熵权-可拓物元法在围岩分级领域的可行性。　　（4）以伯舒拉岭隧道为背景，针对洞口Ⅳ级围岩运用三种开挖方法，分别为：全断面开挖、全断面开挖锚杆超前支护、锥形TBM法开挖，对比分析了三种开挖方式下围岩的横向竖向变形，对不同开挖方式下拱顶和拱腰的变形规律进行对比研究，对衬砌的受力情况进行分析，研究了初支和二衬与围岩间的作用关系，对应力的释放进行了分析，依据以上分析，在三种方法中得出了最佳的开挖方式。
作者：	李江鹏
专业：	道路与铁道工程
导师：	陈志敏
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022