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倾斜岩层中隧道衬砌裂缝产生机理及其稳定性研究
| 论文题名： | 倾斜岩层中隧道衬砌裂缝产生机理及其稳定性研究 |
| 关键词： | 衬砌开裂;围岩压力;断裂力学;有限差分法;隧道工程 |
| 摘要： | 倾斜层状岩层中隧道衬砌裂缝的产生机理及其稳定性是目前隧道工程建设中的难点和热点问题之一。由于运营年限、地质条件、气候条件、设计、施工及造价、维修管理等方而的原因，致使具有开裂、渗漏水等病害的隧道数量越来越多。其中，又以开裂最为严重，它直接影响隧道的运营安全和衬砌结构耐久性，必须对其产生机理进行深入分析，以便采取相应的措施进行治理。 本文对渝怀线沙坝隧道衬砌开裂调查结果进行了汇总分析；对隧道衬砌结构的受力进行了深入研究，求出了隧道衬砌结构极限压力的解析解；计算了围岩压力作用下衬砌的裂纹宽度及产生部位，并运用I型 Griffith 裂纹计算理论判断了裂缝对衬砌结构稳定性的影响；选取典型的隧道断面建立了隧道结构的受力模型，进行数值模拟分析，并将模拟分析结果与解析解进行对比；根据解析解计算和数值模拟分析结果，针对衬砌裂缝开展程度的不同提出相应的治理措施。通过研究得到如下结论： (1)沙坝隧道处于倾斜层状岩层中，地质条件复杂，其衬砌结构受倾斜层状岩层的偏压直接影响，岩层的偏压导致裂纹产生； (2)在含软弱结构面的倾斜岩层中围岩往往沿节理面产生滑动，对倾斜层状岩层中隧道衬砌结构在极限状态下的围岩压力的研究表明：衬砌结构边墙承受着很大的弯矩，尤其是沿线路方向的左侧边墙，这造成左侧边墙裂纹情况更加严重； (3)运用断裂理论对带裂纹的衬砌结构的稳定性进行了分析，结果表明：沙坝隧道衬砌在裂纹不再继续扩展的前提下是稳定的； (4)通过对隧道进行三维弹塑性数值模拟，对各断面的应力、位移变化规律进行了深入的分析，分析表明：沙坝隧道衬砌裂纹的产生主要因岩层沿节理面下滑挤压衬砌造成的； (5)针对裂纹宽度及稳定性的不同，采取不同的治理措施。常常是多种方法共同结合使用，或者在一个隧道中结合不同地段的不同情况用不同的方法，以达到稳定围岩，加固衬砌，确保运营安全的目的。 |
| 作者： | 刘金松 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 傅鹤林 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中南大学 |
| 学位年度： | 2007 |
| 正文语种： | 中文 |
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