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非绕轴对称隧道应力变形及围岩特征曲线研究
| 论文题名： | 非绕轴对称隧道应力变形及围岩特征曲线研究 |
| 关键词： | 非绕轴对称隧道;施工过程;应力变形;围岩特征曲线 |
| 摘要： | 围岩在初始地应力状态下处于弹性状态，而开挖后围岩将发生松动或塑性变形。因此对于软弱围岩或埋深较大的隧道，研究围岩应力变形具有重要意义。现有围岩应力变形及围岩特征曲线研究大多是针对严格绕轴对称条件而建立，未考虑实际隧道的非绕轴对称情况。基于此，本文以黄枫隧道为工程背景，采用现场监测、数值计算与理论分析相结合的研究方法，对非绕轴对称隧道施工阶段围岩应力变形及围岩特征曲线开展了系统研究。主要研究内容和结论如下： （1）非绕轴对称隧道施工阶段现场监测研究。现场监测数据显示，隧道断面对称位置收敛位移趋于稳定值出现不等现象，且对称位置收敛位移2-1与2-3测线最大相差29.17%，对称位置收敛位移2-4与2-5测线最大相差44.00%，说明对称位置收敛位移出现不等，即非绕轴对称现象。 （2）非绕轴对称隧道施工过程数值模拟研究。分析不同地表坡角和不同隧道埋深对非绕轴对称隧道施工过程应力变形的影响，结果表明对称位置应力和位移均出现不对等情况。不同地表坡角和不同隧道埋深条件下拱肩、拱墙、拱脚位置处的非绕轴对称应力比均不等于1。随埋深变化，对称位置收敛测线位移并不一致，埋深小于10m时，对称位置2-1与2-3测线最大收敛位移相差11.60%，而埋深大于10m时，对称位置2-1与2-3测线最大收敛位移相差59.84%；对称位置2-4与2-5测线最大收敛位移相差73.67%。数值模拟结果显示隧道围岩应力与变形均出现非绕轴对称现象。 （3）基于统一强度理论隧道应力变形及围岩特征曲线研究。根据统一强度理论和非关联流动法则，考虑侧压力系数、中间主应力、隧道方位角、剪胀特性、塑性区弹性模量和塑性区弹性应变，建立了非绕轴对称隧道围岩应力变形及围岩特征曲线解析解。并通过工程实例分析，讨论了侧压力系数、中间主应力效应参数、隧道方位角、剪胀特性参数等因素对非绕轴对称隧围岩应力变形及围岩特征曲线解的影响。结果表明：随中间主应力效应参数b的增加，塑性区环向拉应力逐渐减小，径向压力逐渐增大，塑性区范围逐渐减小，塑性区位移和围岩特征曲线逐渐左移，最大洞壁位移逐渐减小；随侧压力系数λ的增加，塑性区环向拉应力逐渐减小，径向应力逐渐增大；在λlt;1时竖直方向塑性区范围逐渐内缩，塑性区位移和围岩特征曲线左移，在λgt;1时水平方向塑性区范围逐渐内缩，塑性区位移右移，围岩特征曲线左移；随剪胀特性参数β增加，塑性区位移上移，围岩特征曲线右移，最大洞壁位移增大。对比现场监测、数值计算与理论分析三者应力变形结果，均有出现非绕轴对称情况。研究成果能为非绕对称隧道支护设计及施工提供参考与借鉴。 |
| 作者： | 李学军 |
| 专业： | 水利工程 |
| 导师： | 曾开华;章臣平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南昌工程学院 |
| 学位年度： | 2020 |
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