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高地应力隧道不同支护结构承载能力及破坏模式研究
| 论文题名： | 高地应力隧道不同支护结构承载能力及破坏模式研究 |
| 关键词： | 软岩隧道;开挖支护;承载能力;破坏模式 |
| 摘要： | 随着我国隧道建设的不断发展，越来越多隧道需要穿越高地应力软弱围岩地区，给隧道工程开挖支护工作带来巨大挑战。本文以高地应力软岩隧道开挖支护为研究背景，开展高地应力隧道围岩开挖及超载试验。研究中长锚杆与超长锚杆对组合支护结构承载能力的影响，论文研究的主要内容和成果如下： （1）基于高地应力软岩地质工况，开展中长锚杆组合支护结构与超长锚杆组合支护结构隧道开挖试验研究，分析两种组合支护结构在上下台阶开挖法中拱顶沉降、围压演变规律，其结果表明： ①隧道开挖后，围岩初始应力场遭到破坏，围压受扰动后快速波动，并随开挖进行不断增大。上、下台阶开挖对围压扰动有明显不同，上台阶开挖在超长、中长锚杆组合支护结构中围压变化量占总围压变化量比例分别为 86.61%和86.95%，上台阶开挖对围岩的扰动远大于下台阶开挖。②超长、中长锚杆组合支护结构开挖完成后最大围压变化值分别为 6.12kPa和 7.15kPa，分别占地应力（38.46kPa）的15.91%和18.59%，表明开挖过程中围岩具有一定承载能力。③两种组合支护结构中开挖围压演变规律基本相同，开挖-围压曲线在支护结构施做完成后迅速稳定，这表明两种组合支护结构均能有效抵抗围岩压力，并且开挖对围岩扰动的影响范围均为 2个开挖步距。④两种开挖工况开挖-位移规律基本相同，经过监测断面前开挖-位移曲线有明显波动，远离监测断面后拱顶位移量逐渐稳定。但超长锚杆组合支护结构开挖-位移曲线更平缓，最终变形量也更小。 （2）对开挖后隧道进行超载试验，分析支护结构在加载过程中结构应力应变演化规律、变形规律及破坏过程，其结果表明： ①地应力小于64.1kPa时，两种组合支护结构变形、围压、内力演化规律非常相似，超长锚杆对支护结构承载能力提升作用并不显著。地应力大于 64.1kPa后，超长锚杆对支护结构的改善作用逐渐显露，随着地应力的增大改善效果愈发明显，地应力超过102.56kPa后，超长锚杆的改善效果不断减弱。②两种支护结构在加载过程中均出现围压回落情况，但超长锚杆组合支护结构围压回落幅度更低、最终破坏时围压值也更高。③两种组合支护结构破坏时均呈现扁平状，但超长锚杆组合支护结构拱顶变形量减少了19.26%，拱腰变形量减小了27.67%。④超长锚杆组合支护结构拱架屈曲时间更晚、结构有效承载能力为 51.28kPa，超长锚杆组合支护结构有效承载能力为64.1kPa，提升幅度为24.27%。 |
| 作者： | 张育成 |
| 专业： | 土木水利(土木工程) |
| 导师： | 古松 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南科技大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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