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深埋大跨隧道锚固体系协同作用机理及评价方法
| 论文题名： | 深埋大跨隧道锚固体系协同作用机理及评价方法 |
| 关键词： | 深埋隧道;压力拱;锚固体系;变形控制;围岩稳定性 |
| 摘要： | 深埋大跨隧道建设面临复杂地质条件、开挖跨度大、高地应力等挑战，因此需要采用高效可靠的支护方式来确保隧道的安全和稳定。预应力锚固体系作为一种隧道支护体系，在深埋大跨隧道的建设中发挥了优越的支护性能。但锚固体系与围岩作用机理不清，使锚固体系参数设计缺乏充分的理论支撑。基于上述问题，本文从锚固体系协同作用角度出发，使用数值模拟手段研究了锚固体系作用下围岩压力拱成拱机理、演化规律、影响因素敏感性，理论推导了锚固体系与围岩相互作用全过程的围岩变形计算公式，在此基础上提出了锚固围岩系统协同作用效果综合评价方法及锚固体系协同优化设计方法，主要研究工作及成果如下： （1）研究了锚固体系作用下围岩成拱机理及演化规律。通过分析隧道开挖后围岩应力分布特征并由此定义成拱系数k，提出压力拱内、外边界的确定方法。对不同支护条件下隧道开挖、支护过程进行模拟，分析得到锚固体系对围岩应力演化规律和成拱系数分布特征的影响，揭示了锚固体系作用下围岩压力拱成拱机理和压力拱演化规律。 （2）基于隧道开挖面空间效应，考虑锚杆、锚索施作顺序以及中间主应力的影响，揭示了锚固体系作用下隧道围岩力学响应演化机制。根据锚杆、锚索的施作时机的差异性以及锚固区与塑性区的相对大小，将锚固体系与围岩的相互作用分为3个阶段16个工况，求解各工况围岩特性曲线并与数值模拟和现有理论进行验证。在此基础上，推导出虚拟支护力沿隧道纵向分布表达式，通过对不同的演化路径进行分类，得到锚固体系作用下隧道围岩变形全过程。通过参数分析探讨了中间主应力对隧道变形的影响，由此揭示了锚固体系的变形控制效果。 （3）通过数值模拟方法，研究不同围岩条件下不同支护方式的压力拱效应、围岩变形和塑性区范围，得到了锚固体系在不同围岩条件下的作用效果。基于正交试验数值模拟结果，分析了锚固体系中锚杆（索）长度、预应力、支护时机等参数对压力拱效应和围岩变形的影响程度，得到相应指标的参数敏感性排序，为锚固体系参数优化提供指导。 （4）建立了锚固围岩系统协同效应综合评价方法和锚固体系协同优化设计方法。基于锚固体系作用下压力拱演化机制和变形控制效应的研究成果，分析了协同锚固内涵，提出锚固围岩系统协同作用效果的评价指标及其计算方法，结合熵权法，构建了锚固系统协同效应的综合评价方法。在此基础上，根据锚固参数对压力拱和围岩变形的敏感性，提出隧道锚固体系协同优化设计方法。 |
| 作者： | 皇甫楠琦 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 张顶立 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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