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基于离散元的隧道洞口段软弱围岩超前管棚支护参数优化研究
| 论文题名： | 基于离散元的隧道洞口段软弱围岩超前管棚支护参数优化研究 |
| 关键词： | 软弱围岩;超前管棚支护;离散元;挠度;参数优化 |
| 摘要： | 软弱围岩具有离散性强，自稳定性差、对工程变形响应大的特点，软弱围岩中修建隧道是地下工程建设中的难点，采用管棚超前支护能够很好的控制围岩的变形。目前管棚支护研究在力学模型的分析和计算上已取得很多成果，但在软弱围岩下的支护力学模型有值得改进的地方，本文围绕管棚全段的受力特点，研究了管棚支护软弱围岩的力学机理。针对软弱围岩具有的非连续性特点，采用离散元软件研究了管棚对软弱围岩的支护效果，并进行了参数优化分析，为软弱围岩中的管棚支护工程提供了理论指导，具有一定的现实意义。论文主要进行了以下研究工作： （1）通过调研实际工程中的管棚支护案例，将影响管棚支护效果的影响因素分三类：外部影响、管棚自身参数影响和施工影响，并对每项因素进行了具体阐述；将拱顶沉降、周边收敛、地面沉降、管棚挠度作为管棚支护效果的评判参数，并基于此列出了管棚支护效果的综合影响等式，明确了管棚支护设计及优化应遵循安全性、变形控制、系统性原则。 （2）考虑软弱围岩变形特性、注浆加固特性和围岩应力释放时空效应及基床系数变化情况，以Pasternak弹性地基梁为基础对管棚力学模型进行了优化和求解。研究了管棚直径、间距、开挖进尺、前方基床系数四个参数对管棚支护效果相关的影响，并提出了以管棚最大挠度为系统特性的敏感度排序方法，敏感度排序从大到小为直径、间距、开挖进尺、前方基床系数。 （3）针对软弱围岩具有离散性质的特点，使用3DEC数值软件对管棚超前支护进行了离散元模拟研究，得出管棚注浆具有整体性，考虑管棚注浆整体性后对软弱围岩隧道工程的变形控制作用更好，预支护下的围岩沉降呈减小状态。 （4）通过改变影响注浆整体性的超前管棚支护的参数，对不同管棚直径、管棚间距、注浆加固厚度、注浆加固区弹性模量四个参数下在不同开挖进尺时管棚支护工况进行了模拟，统计了不同工况下的管棚最大挠度，探讨不同管棚支护参数对支护效果的影响，对管棚支护参数进行了优化分析。 |
| 作者： | 黄鹏狮 |
| 专业： | 土木工程;桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 韦良文 |
| 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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