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考虑膨胀‐扩容效应的软岩隧道围岩位移研究
| 论文题名： | 考虑膨胀‐扩容效应的软岩隧道围岩位移研究 |
| 关键词： | 软岩隧道;围岩位移;变形规律;膨胀-扩容效应 |
| 摘要： | 随着我国中西部地区的不断发展，中西部地区的交通网络建设是重中之重。我国中西区域多为山岭地带，地貌状况十分复杂。在中西部山区的公路和铁路隧道工程的施工过程中，特别是在穿越软岩地层构造时，往往导致施工困难重重。因为软岩的强度普遍较低，结构破碎，而且大多数软岩都存在完整性差或承载能力低的特性。在达到峰值强度后会产生软化、膨胀、扩容的情况，从而导致在施工过程中容易产生大变形，甚至造成重大安全事故的发生。因此，研究软岩隧道围岩位移的变形规律显得尤为重要。 尽管目前存在很多软岩隧道围岩位移的分析研究，但是针对具有膨胀-扩容效应的软岩隧道围岩位移研究成果却非常有限。因此，本文将考虑软岩具有膨胀-扩容的特点，以安岚高速谢家坡隧道为依托工程，采用理论推导、数值软件模拟和现场监测量测相结合的方法，对软岩隧道在施工过程中围岩位移的变形规律进行了深入研究。这对于软岩隧道的设计和施工具有重要的理论和工程意义。主要内容及结论如下： （1）针对软岩隧道开挖导致围岩产生膨胀-扩容的特点，分析了软化、扩容的黏弹塑性力学模型，推导了黏弹性阶段、黏塑性阶段及黏塑性残余阶段的应力、应变及位移的理论解析公式。 （2）在上述理论分析研究基础上，将考虑膨胀-扩容的黏弹塑性力学分析方法应用到软岩隧道—谢家坡隧道。分析结果表明：相同围岩等级下，考虑膨胀-扩容效应下黏弹塑性理论的围岩位移计算结果明显大于只考虑扩容效应下的计算结果；不同围岩等级下，Ⅳ级围岩的位移均要明显小于Ⅴ级围岩的位移。 （3）根据谢家坡隧道实际设计和施工情况，采用Flac3d有限分析软件，建立了基于Mohr-Coulomb 准则下考虑膨胀-扩容效应的应变软化模型，并对施工过程进行了模拟分析。从围岩变形模拟结果看，当隧道周边不同位置处围岩发生软化和膨胀-扩容效应时，均会对隧道结构整体或某一部位的变形产生显著的影响。在从隧道结构变形和受力模拟分析可见，围岩力学性质的劣化在一定程度上削弱了因围岩膨胀-扩容效应产生的对结构受力变形的影响。 （4）从理论分析、数值模拟和现场测试的结果来看，采用理论分析方法得到围岩位移数值更接近现场测试结果，即对不同围岩等级的各项理论模型计算和现场实测结果差异较小。上述分析表明围岩中存在膨胀-扩容特征，本文构建的考虑膨胀-扩容效应的理论分析方法和模型能反映围岩的膨胀-扩容影响。 |
| 作者： | 曹宇 |
| 专业： | 土木水利 |
| 导师： | 邓祥辉;孙长海 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西安工业大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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