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受控围岩裂隙产状下隧道系统锚杆参数优化
| 论文题名： | 受控围岩裂隙产状下隧道系统锚杆参数优化 |
| 关键词： | 公路隧道;系统锚杆;数值模拟;围岩裂隙;减配优化 |
| 摘要： | 初期支护属于隧道复合式衬砌结构重要组成部分，隧道施工事故多发生在隧道开挖至初期支护的阶段。然而，系统锚杆所提供的支护力在隧道初期支护中的贡献大小，国内外学者存在异议。为明确初期支护中系统锚杆在双台阶开挖过程中的实际功效，依托江玉高速（江口至玉屏）香树坳与马章岭隧道工程，采用现场测试、解析分析、数值模拟，开展受控围岩裂隙产状下隧道系统锚杆参数优化研究。其研究成果将服务于依托工程的支护设计改进，并且为类似工程的系统锚杆参数优化提供参考。本文主要研究工作及研究成果如下： （1）基于现场实测和解析计算，取得了依托工程香树坳和马章岭隧道初支结构设计下的既有安全储备值。以[1-实测数据/安全指标设计值]量化隧道安全储备值，分析表明依托工程初支结构安全储备可达62.9%，故系统锚杆参数存在优化可能性。 （2）借助FLAC3D有限差分方法，模拟获得了依托隧道工程开挖工艺下围岩应力与初支结构受荷的理论数据，并对锚杆支护参数进行优化。采用数值仿真应力应变测线，得到了隧道开挖对纵断面和横断面应力应变影响特征。利用正交试验研究了依托工程系统锚杆参数敏感性，Ⅳ级围岩系统锚杆参数敏感性排序：纵向间距＞直径＞长度＞环向间距；Ⅴ级围岩系统锚杆参数敏感性排序：纵向间距＞环向间距＞直径＞长度。通过对锁脚锚杆空间位置与数量研究，取消拱腰处锁脚锚杆后支护结构受荷更优。 （3）采用遍布节理本构模型表征围岩裂隙产状，提出了单洞双台阶开挖下隧道初支系统锚杆优化分区策略。根据裂隙产状与笛卡尔三维坐标关系，将裂隙产状分为三类，得到了三类裂隙产状下的隧道围岩与支护结构受荷特征，倾角为45°或135°左右出现不利特征。将隧道横断面分为五个区域，在不同裂隙产状与不同区域，隧道系统锚杆参数需要有区别的加强与优化，并制定了隧道系统锚杆参数分区域优化方案，为隧道系统锚杆精细化设计提供依据。 |
| 作者： | 黄迎军 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 董辉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湘潭大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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