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考虑空间作用的土质隧道压力拱效应与围岩稳定性研究
| 论文题名： | 考虑空间作用的土质隧道压力拱效应与围岩稳定性研究 |
| 关键词： | 土质隧道;压力拱效应;围岩稳定性;支护结构;数值模拟;有限元模型 |
| 摘要： | 隧道开挖使岩体的连续性遭到破坏，应力场发生重分布，产生拱效应。围岩存在拱效应是学习和从事隧道工程专业的同行的共识，但是在隧道周边的围岩中，起拱作用的范围如何划分，用什么标准界定，则有各种观点、假设，众说纷纭。由于对这一问题缺乏深入研究，在隧道设计和工程实践中，对于隧道的支护结构，有时安全储备高于实际的需要，没有充分利用和发挥围岩拱效应的自承载能力，使建造不够经济；在另外一下情况下，隧道设计和建造的安全度不够，甚至出现不同程度的质量和安全事故。因此，开展隧道围岩拱效应机理和分布范围的研究，对软弱围岩隧道的安全施工和防灾减灾具有重要的指导意义。 压力拱效应是岩土为抵抗隧道开挖后产生的不均匀变形而进行自我调节的一种现象，同时荷载传递路线也发生了偏移，主应力方向发生偏转，形成了重分布应力场，开挖面周围一定厚度范围内岩体的主应力方向发生偏转，其最大主应力流线形成一个环状体，这就是压力拱。压力拱不仅存在于隧道上部，也存在于拱腰和底部，其分布规律受很多因素影响，包括围岩物理力学性质，隧道尺寸，断面形状等，同时还受到时空效应影响。 本文以沪昆铁路刘家庄隧道为背景，按照相似实验原理要求，开展了模型实验。实验材料选用现场材料，按照相似条件制做模型。为了考虑空间效应，对于设定的观测断面，分8次开挖考虑开挖空间效应，分别为掌子面向前开挖到“目标”断面前，到达目标断面和目标断面后，现场监测围岩土压力变化，绘制相关土压力变化曲线。通过分析不同路径条件下，土压力计实测数据，从应力场的角度出发，提出了判别压力拱拱体内外边界的方法，总结了压力拱拱体在空间作用效应下的发展变化规律，并指分析了其与围岩稳定性的联系。 通过有限元分析软件ANSYS对隧道开挖过程进行数值模拟，建立三维仿真有限元模型，求取不同开挖条件下洞周围岩大小主应力，切、径向应力，等值线云图等分布，经与模型试验对比，验证了数值分析的可靠性。继而从位移场的角度出发，总结了压力拱拱体的分布规律，提出了围岩区域划分和内外边界的判别方法，从位移角度研究了围岩压力拱拱体与围岩稳定性的联系。 |
| 作者： | 贾晓虎 |
| 专业： | 防灾减灾工程与防护工程 |
| 导师： | 邢心魁 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 桂林理工大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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