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原文传递秦岭天台山隧道通风竖井围岩压力分布特征研究

论文题名：	秦岭天台山隧道通风竖井围岩压力分布特征研究
关键词：	通风竖井;竖井围岩压力;模型试验;数值模拟
摘要：	随着公路隧道的快速发展，隧道通风竖井作为其附属构筑物也在不断向深大方向迈进。竖井的围岩压力的分布对于通风竖井的设计与施工，是个非常重要的参数并且对于竖井工程的整体安全性、合理性及经济性都是至关重要的。然而竖井围岩压力，一直沿用我国煤矿立井的设计规范，在深部情况下，需要通过加大井壁壁厚以应对水平侧向压力对竖井造成的影响，而实际工程施工和使用过程中并未如此使用依然正常，从国内外的相关研究来看现有的竖井围压分布形式已然与实际相悖。为了使竖井围岩压力分布情况趋于合理，本文以秦岭天台山隧道2#通风竖井为工程背景，根据现场实测资料，通过理论分析、试验研究和数值模拟对2#通风竖井围岩压力分布特征以及竖井围岩和支护结构的稳定性进行了系统性的研究　　主要研究内容和成果如下：　　（1）通过现场实测数据发现，竖井侧压力会随着深度增大而增大，但是增加速率会越来越小，最终趋于稳定的一个数值。通过理论分析对比，结合模型试验再次验证了现行使用的竖井地压力计算公式的局限性，提出了一种较为合适的竖井围岩压力的计算方法，即对浅表岩土体的竖井围岩压力采用别列赞采夫的圆锥形挡土墙主动土压力理论计算，深厚岩土层的竖井围岩压力使用夹心墙土压力理论计算，即竖井井筒附近的土层滑动体的空间形状为空心圆锥—圆筒体。　　（2）通过对现场原岩的取样进行了密度试验、单轴压缩试验和巴西劈裂试验得出花岗岩的容重、抗压强度、弹性模量以及粘聚力和内摩擦角等各种物理力学性能指标，在此基础上结合相似理论确定本试验的相似比，并进行了以水泥石膏为胶结剂，重晶石粉、石英砂为骨料，硼砂为添加剂的配比试验，混合制成围岩相似材料，以及以钢筋混凝土结构层为支护结构的相似材料的配比试验，配制出的材料与现场材料有着良好的匹配性。　　（3）为了较好的测试竖井围岩压力的分布特征还原现场的真实受力状态。特别研发了一套竖井模型试验加载设备。竖向力通过千斤顶以及反力架来提供，荷载传感器实时记录；围岩压力的加载通过高压气囊均匀布置在围岩四周，稳压后通过精密压力表实时记录。将精密微型土压力盒均匀的分三层埋设在井筒四周通过应变仪采集数据，最后进行了秦岭天台山隧道通风竖井围岩压力分布特征的研究。通过对竖井侧压力系数的控制，对比分析测试结果发现竖井围岩压力会随着深度增大而增大，但是增大的幅度会越来越小，并表现出明显的非线性关系。最终竖井围岩压力趋于一个稳定值。　　（4）使用Midas/GTS有限元数值模拟软件，模拟施工过程，采用地层—结构法对竖井衬砌和围岩状态进行计算分析。据实描述竖井围岩应力、位移的变化情况。同时对在不同工况下的竖井模型展开研究分析竖井围岩的稳定性。结果发现隧道通风竖井围岩压力随深度的变化规律同样是非线性增加的即竖井围岩压力的增加速率逐渐减小最终竖井围岩压力趋于稳定。
作者：	马兆伟
专业：	建筑与土木工程
导师：	郭佳奇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	河南理工大学
学位年度：	2021