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合理拱理论及其在无衬砌隧道可靠性分析中的应用
| 论文题名： | 合理拱理论及其在无衬砌隧道可靠性分析中的应用 |
| 关键词： | 无衬砌隧道;围岩可靠性;合理拱理论;断面形式;力学特性;承载能力 |
| 摘要： | 我国是世界上隧道和地下工程最多、最复杂、发展最快的国家,渝东南地区拥有数量较多的无衬砌隧道具有典型南方喀斯特地质特征,使用状况堪忧。隧道围岩的稳定可靠性一直是科研工作者重点研究和备受关注的问题,本文针对当前隧道围岩稳定性分析时研究范围界限模糊、隧道最优断面的选择缺乏理论依据以及安全系数法评价隧洞稳定性不足的现状,对隧道围岩的稳定性及可靠性进行了较为深入细致的研究,主要工作有: ①隧道围岩合理拱理论研究。提出了隧道围岩合理拱的概念,即隧道围岩中只承受压力而不承受弯矩,能充分发挥围岩受压承载能力的拱。归纳出合理拱曲线方程与具有初始速度的质点在相应加速度场中的运动轨迹一致的规律,得出了围岩实际应力场中的合理拱曲线族方程,并验证了该曲线族方程的正确性。从曲线族方程分析得出了合理拱曲线族的形状与围岩的重度无关,只与埋深和侧压力系数有关的结论。隧洞断面可由四条合理拱曲线组成,给出了每段曲线的方程,并得出了适合于隧道工程的合理断面形式。基于合理拱及围岩弹塑性应力分布规律推导了围岩影响区范围及影响区范围内围岩第一主应力?1和第三主应力?3的大小和方向。 ②隧道可靠性分析理论研究。提出了计算可靠度指标的新方法,解决了JC法求解复杂极限状态方程不收敛的难点。利用工程实例对比分析了安全系数法和可靠度评价方法的优劣、各随机变量对可靠性分析结果的敏感性及各随机变量的分布类型及互相关性对可靠性分析结果的影响。建立了基于Hoek-Brown强度屈服准则的极限状态方程。 ③隧道围岩力学特性试验研究。通过实验研究得到喀斯特围岩脆性大,蠕变量极小,基本上为脆性破坏,岩体在经受岩溶作用后的强度大为降低,离散性也较大的特点。在循环加载作用下,弹性模量变化不大,没有出现回滞,围压卸荷的速度对围岩的破坏强度影响较小。干湿循环与浸水条件相比对岩溶试件抗剪强度参数影响更为明显。根据干湿循环强度试验数据并通过矩估计法得到了岩溶强度的随机分布类型及统计特征值。 ④无衬砌隧道可靠性研究。根据本文提出的隧道围岩合理拱理论、可靠度计算新方法及围岩力学特性试验参数的统计特征值,基于Hoek-Brown强度屈服准则分析计算了典型喀斯特无衬砌隧道的可靠性。 通过本文的研究,对隧道围岩的稳定性分析、围岩充分利用自承能力及隧道最优断面的选择提供有力理论支撑,并形成了较完整的隧道围岩可靠性评价体系,对于隧道工程的建设和稳定性评价具有重要的理论意义和社会经济价值。 |
| 作者： | 王平 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 刘东燕 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 重庆大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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