详情

原文传递明挖隧道砂卵石回填荷载分布规律及结构受力分析

论文题名：	明挖隧道砂卵石回填荷载分布规律及结构受力分析
关键词：	明挖隧道;砂卵石土回填;位移场;土压力;分布规律;结构应变
摘要：	随着我国城市发展迅速，城下空间利用率逐渐提高，其中明挖公路隧道发展较为突出。砂卵石土（SPS）是一种具有较强抗压能力回填材料，但粗粒卵石的存在使回填土压力不能按照传统计算方式，因此研究砂卵石土的物理力学特性及回填土压力分布规律具有突出的工程应用价值。　　本文依托重庆市金州大道和星光大道节点立交改造设计工程，根据其包含多种隧道结构型式和回填区采用砂卵石土回填的工程特点，通过室内土工试验和大尺度直剪试验分析砂卵石土物理力学特性，建立连续-离散耦合数值分析方法，在宏、细观角度对不同隧道结构和回填高度下的明挖隧道 SPS回填时的位移场和土压力分布规律进行研究，为明挖隧道回填设计及施工提供理论参考，主要研究内容和成果如下：　　（1）从施工现场获取天然 SPS 回填土材料，对 SPS 回填土分别进行级配缩尺、室内含水率试验、筛分试验，以此获得了SPS回填土的基本物理力学参数。　　（2）利用ZJ50-2G直剪试验系统对SPS回填土开展300mm×300mm×400mm的大尺度直剪试验，从而得出：粗粒含量较低时，应力-应变曲线表现应变软化，粗粒含量较高则没有明显峰值，并持续缓慢上升；SPS 抗剪强度与竖向应力近似呈现线性关系，粘聚力随粗粒卵石含量增加分别增大68.45%、28.79%、39.60%，粗粒含量在中等范围内增加时内摩擦角也随之增大，整体抗剪强度提高；SPS 试样剪切面出现了“石高土低”的斜坡效应，卵石呈现破碎、劈裂、摩擦三种破坏形态；SPS-混凝土接触剪切面的破坏形态主要是表面摩擦。　　（3）提出一种基于 3D扫描技术生成反映真实卵石形状的回填土离散元模型建立方法，基于连续-离散耦合技术对明挖隧道在SPS土回填下的位移场和土压力分布规律进行模拟，得出以下结论：随回填高度增加，土体竖向、水平位移槽从边坡底部沿边坡向上爬升，中轴线逐渐倒向隧道结构，并与放坡角度有关，回填高度超过边坡中段后位移增长率开始下降；回填初期，回填土易随着土体位移而移动，先填土逐渐稳定，后填土受自重和压实力作用下沉，但是水平位移较小，回填土的上三角区域和隧道侧墙外的颗粒具有一定的下落趋势，拱型隧道顶部的颗粒向隧道两侧“滑落”；颗粒间的接触的整体分布表现为下部强上部弱，是因为上部回填土缺少边坡与隧道结构的约束作用导致水平黏结效果差。　　（4）通过现场对结构应变和土压力监测发现，结构浇筑完成后拱肩、拱腰位置应变增长速度快，结构中部为主要受力区，30d 左右达到稳定；在回填前期，amp;nbsp;土压力随高度增长以线性趋势增长，在后期增长速率有所衰减。将数值模拟、现场实测和理论计算值进行对比，发现数值模拟的回填土压力增长规律与现场实测接近，模拟结果与计算值变化规律相同，都表现为线性增长，回填高度较低时实测值为线性增长，随后增长速率开始衰减，水平土压力增长率相比计算值在 10m回填高度时减小了 13.8%，18m时减小了 23.87%，拱型隧道竖向土压力和拱肩土压力增长率在回填高度11m时分别降低了17.6%和25.8%。
作者：	史小雄
专业：	土木工程
导师：	黄锋
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023