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隧道洞口段边仰坡失稳机理及计算研究
| 论文题名： | 隧道洞口段边仰坡失稳机理及计算研究 |
| 关键词： | 隧道工程;洞口段;边仰坡;失稳机理;准三维萨尔玛法 |
| 摘要： | 随着经济发展，高速公路、铁路和水利等工程在山区大量兴建，隧道在这些基础设施中的应用非常广泛。隧道洞口段边仰坡在施工和运营过程中，经常会发生失稳并伴有结构受损的现象，这些问题应该得到更多的重视，开展系统深入地分析和研究。相对于洞身，隧道洞口段的工程特性具有以下三个特点：空间特征非常明显，在研究中很难简化为二维问题，需要进行三维分析；同时围岩条件差，埋深浅，直接受到边仰坡作用，受地形、环境条件影响大；此外，洞口段还修筑有复杂的结构工程。 本文依托交通部西部交通科技项目(2003-318-490-18)及国家自然科学基金项目(50579088)，结合洞口段工程特点，用聚类分析、理论分析、现场监控量测、数值计算和室内试验等手段，进行了以下主要工作： 1.建立了隧道洞口段边仰坡失稳数据库，收集了43例洞口段失稳实例，提出洞口段的失稳模式包括崩塌与滚石、滑坡及蠕动等三个类；进而提出按照滑面和隧道的空间位置关系将滑坡分为表层滑坡、浅层滑坡、中层滑坡以及深层滑坡四个亚类。 2.通过研究隧道开挖过程，发现隧道洞口局部、软弱带等应力集中区域的塑性区的发展以及边坡拉力区的发展是导致洞口段边仰坡失稳的原因；这个过程具有渐进性破坏的性质。 3.将有限元强度折减法作为破坏机理分析的重要手段，推导了德鲁克-普朗格(Drucker-Prager)准则与摩尔-库伦(Mohr-Column)准则相对应的参数折减公式；研究了强度折减法中采用的收敛性、位移及塑性区贯通等失稳判据的适用性，提出浅埋隧道可采用拱肩位移判据，通过对比分析，认为该判据和塑性区贯通判据有很好的一致性；认为在边坡三维分析和深埋隧道三维分析中位移判据失效，所以在洞口段边仰坡稳定性问题中，宜以等效塑性应变贯通为判据。 4.在非齐次边界条件的萨尔玛(Sarma)极限平衡法的基础上，建立了考虑渐进性破坏的准三维萨尔玛法，使其适用于洞口段边仰坡失稳问题。该方法可以考虑渐进性破坏、洞门结构和拉裂缝以及近似实现三维效应。结合有限元强度折减法计算求得的滑面和位移场，提出了考虑渐进性破坏的准三维Sarma法的有限元改进方法。该方法引入有限元法的位移场，借助于强度折减法搜索滑面的优势，具有较好的发展前景。 |
| 作者： | 赵旭 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 夏才初 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 同济大学土木工程学院 |
| 学位年度： | 2009 |
| 正文语种： | 中文 |
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