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炭质泥岩夹砂岩隧道大变形机理及控制措施研究
| 论文题名： | 炭质泥岩夹砂岩隧道大变形机理及控制措施研究 |
| 关键词： | 炭质泥岩夹砂岩;软岩隧道施工;围岩变形;变形控制;极限位移 |
| 摘要： | 软岩大变形一直是困扰隧道工程界的一个重要问题，尤其是在软岩隧道变形机理方面，由于软岩岩性和工程地质条件的复杂性，通过传统的理论分析和经验判断不足以准确的掌握围岩的变形机制和变形规律，进而提出有效的变形控制措施。 本文以“滨绥线牡丹江至绥芬河段扩能改造工程”的兴源隧道为依托，以软岩隧道大变形为背景，采用现场应力及变形监控量测、理论分析和有限元计算相结合的手段来分析隧道的大变形机理，并通过数值模拟手段对比分析优选出最优的变形控制措施。最后通过突变理论来分析隧道施工过程中的极限位移，并根据计算结果运用当前工程界普遍使用的三级管理机制对隧道围岩变形控制基准进行分级，提出了不同埋深下隧道的变形控制基准。论文的主要工作和成果如下： （1）结合现场监控量测数据分析兴源隧道变形与支护受力之间的相互作用关系和特征。分析结果表明，围岩变形持续时间长，具有很强的流变性；受软弱夹层及岩层走向、倾向的影响，围岩变形和支护受力表现出明显的不对称性。 （2）通过将现场监控量测分析与工程地质资料相结合，得出兴源隧道围岩大变形属于围岩岩性控制类型，地层岩性、高地应力、软弱夹层和地下水是围岩产生大变形的重要影响因素，其变形机理是高地应力下软岩的塑性流变、围岩的弯曲变形以及夹层的软化共同作用的结果。 （3）根据软岩大变形机理分析的研究结果，有针对性的提出了不同的变形控制措施，并通过有限元数值模拟手段分别对每种变形控制措施进行优选，如采用不同台阶长度、不同开挖进尺、不同台阶高度、不同锁脚锚管以及不同纵向连接形式等。最终通过比选得出最优变形控制措施，宜采用5m台阶长度、0.5 m开挖进尺、3.5m台阶高度、上台阶采用下斜30°锁脚锚管、中台阶采用下斜15°锁脚锚管、纵向连接则采用14号槽钢。 （4）通过对尖点突变理论的应用，分别计算不同应力释放率下隧道洞周关键点的塑性应变值，然后利用突变判据△来寻找塑性应变的突变点，从而确定围岩变形突变所对应的应力释放率，并以此作为围岩变形的极限状态。通过计算得出，当应力释放率达到70％时，围岩稳定性发生突变，进入塑性流动阶段，当应力释放率在45%与70%之间时，围岩处于塑性发展阶段，而在此之前围岩尚处于弹性变形阶段。 （5）根据极限位移解答，以70%应力释放率为基准，运用当前工程界普遍使用的三级管理机制对隧道围岩变形控制基准进行分级，建立了不同埋深（50m、100m、150m）情况下的隧道围岩变形控制基准。 |
| 作者： | 杨进京 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 李德武;唐述林 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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