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公路隧道开挖过程中围岩应力形变场的测试及数值模拟研究
| 论文题名： | 公路隧道开挖过程中围岩应力形变场的测试及数值模拟研究 |
| 关键词： | 公路隧道;隧道工程;岩体力学;围岩变形 |
| 摘要： | 本论文选题结合交通部西部交通科技项目“雪峰山特长公路隧道关键技术研究”，应用两种新测试技术对隧道应力形变场进行测试并与其他众多测试成果一起,利用现代计算机模拟技术来完成研究，主要研究内容包括： 1、对隧道区的基本地质情况进行了阐述，包括地层岩性、地质构造、地应力及区域稳定性、水文地质条件等； 2、介绍一种新的隧道围岩松动变形的测试方法，即TMS，证明其不需要传统测试方法中需要全孔灌浆，而采用监测仪器与围岩点接触的测试方法，具有准确可靠，经济方便等明显的优越性；并选取典型隧道断面采用TMS对围岩形变进行监测，分析了隧道围岩的形变收敛时间、松动圈范围、围岩形变特征、爆破松动位移等进而可确定锚杆长度(Ⅱ类围岩一般2～3m)及合适的二衬支护时间(Ⅱ类围岩一般约20天，Ⅲ类围岩一般约15天，Ⅳ类围岩一般约10天)；并对隧道开挖典型洞段进行了全面的位移监测，包括地表下沉、拱顶下沉、洞壁收敛等，结果表明不同围岩类别条件下围岩的各种位移量有明显的差异，基本随围岩类别的降低，位移值逐渐增大，且收敛时间也越长。 3、介绍一种新的隧道洞壁围岩应力测试方法，即洞壁围岩应力解除-恢复测试方法，证明其采用同一组岩芯和同一组应变花较传统方法具有明显的精确性和可靠性，并通过此法探明了雪峰山隧道开挖过程中不同洞段的地应力分布规律以及对某些高应力洞段即可能产生岩爆等地质灾害的洞段进行预测，提出合理的预防和施工措施。 4、基于ansys软件，运用“施加虚拟支撑力”来实现隧道施工过程中地应力随工序逐步释放的思路，利用其apdl设计语言，开发出施加虚拟支撑力的命令实现地应力的逐步释放，能更好的符合实际： 5．提出了隧道平面应力形变场数值模拟研究中，确定分析域两侧面应力边界条件的新方法—特征点实测二次应力反演分析法。该方法的要点为：以隧道剖面特征点实测的二次应力场为基础，分析域下边界垂直约束，上边界施加上覆岩体重力相等的面力，左右边界施加水平面力，使剖面的测点部位应力状态与实测吻合，此时的边界条件即分析域边界条件。 6．建立高速公路中常采用的双洞模型进行有限元计算分析，按照隧道实际施工地应力逐级释放的情况，就实际施工中的全断面施工中开挖后的应力形变场的规律给予分析；比较了隧道不同开挖方法时应力形变场的变化规律，得出台阶法开挖因施工次数多和扰动次数较多，使得开挖后围岩比全断面开挖有较高的压应力，同时在底板和拱顶也很可能出现拉应力区；开挖所产生的形变量也略大于全断面法。 |
| 作者： | 马亢 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 徐进 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 四川大学 |
| 学位年度： | 2006 |
| 正文语种： | 中文 |
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