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公路隧道原位扩建围岩松动圈演变与荷载计算方法研究
| 论文题名： | 公路隧道原位扩建围岩松动圈演变与荷载计算方法研究 |
| 关键词： | 公路隧道;原位扩建;围岩松动圈;演变规律;围岩荷载 |
| 摘要： | 2000年以来，中国公路隧道里程年均增长1152.3 km，工程建设达到了空前规模。然而随着交通量的激增导致早期建成的高速公路已不能满足通行需求，因此高速公路改扩建工程越来越多。其中原位扩建是用地紧张、通行效率最高的一种隧道改扩建形式。但是目前在隧道原位扩建时的围岩松动圈演变规律、应力重分布规律还不明确，常常导致大变形甚至塌方等安全事故、工程质量问题。而且现行标准中尚无关于隧道原位扩建的围岩荷载计算方法，依照现行标准计算的围岩荷载与实际荷载相差较大。 因此，本文依托于广西贺州至巴马高速公路（都安至巴马段）廷心隧道原位扩建工程，采用现场监测、模型试验、数值模拟以及理论推导等方法对隧道原位扩建时的围岩松动圈演变规律及围岩荷载计算方法开展了系统的研究，在以下几个方面取得创新成果： （1）采用钻孔取芯等方法揭示了围岩力学性能劣化规律，并对松动圈围岩进行精细化等级划分；采用监控量测对锚杆、钢拱架、初支等支护应力变化进行了分析，揭示扩建过程围岩及支护稳定性变化规律，主要表现为急剧变化、缓慢变化和稳定等三个阶段。 （2）通过直剪试验确定了围岩相似材料及其配合比：粉砂比 5:5，石膏 5%，凡士林2%，水15%；通过模型试验数据分析，揭示了影响围岩应力释放的主要因素是支护结构拆除；单侧式扩挖将导致隧道左右侧围岩应力大小有所差异，围岩松动圈在扩建过程中逐渐向外扩展，且扩挖侧扩展更深；试验中围岩材料具有较强流变性，导致扩建后前榀围岩和衬砌应力均大于扩建前。 （3）采用离散元软件GDEM进行数值模拟，分析了围岩及结构应力和围岩松动圈的演变规律，发现新建3或4车道隧道的围岩及结构应力小于原位扩建隧道，围岩松动圈范围小于原位扩建隧道；且随着围岩等级降低，松动圈逐渐由“点”形扩大为“耳”形，再扩大为“蝶”形；随着开挖断面扩大，松动圈也逐渐扩大。 （4）基于 M-C 强度准则，采用弹塑性理论推导基于围岩劣化的隧道原位扩建围岩荷载计算方法；基于普氏压力拱理论，考虑扩挖宽度和施工步骤的影响，推导隧道原位扩建围岩荷载计算方法，并将其应用至依托工程，验证了公式的合理性。 本文建立了—种考虑扩建宽度和施工步骤影响的围岩荷载计算方法，较前期研究更科学合理，可为现行标准方法的修订提供支撑。 |
| 作者： | 伍汉 |
| 专业： | 土木水利 |
| 导师： | 林志 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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