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黄土覆盖土、岩接触地层中隧道围岩变形特征及支护技术研究
| 论文题名： | 黄土覆盖土、岩接触地层中隧道围岩变形特征及支护技术研究 |
| 关键词： | 黄土覆盖;土岩接触带;隧道围岩;变形特征;数值模拟;锁脚锚管支护 |
| 摘要： | 土、岩接触带是越岭隧道常出现的一种围岩条件。如已建神延铁路羊马河隧道,甘肃陇西新松树湾隧道,山西离军高速公路以及宝天高速公路隧道等都遇到了这种地层。土、岩接触带中由于结构面的存在,不仅使得隧道围岩力学性质发生显著变化,而且也导致水文地质条件发生改变。当隧道开挖穿越这种特殊地层时往往引起围岩变形过大或塌方问题,这就促使人们对土、岩接触带中隧道成洞时围岩的变形特征和稳定性应开展深入研究。本文结合宝天高速公路黑岭段隧道工程,首先通过室内试验研究了黄土、砂岩以及土、岩接触面物理指标和力学性质；其次,通过建立土、岩接触带隧道计算模型,定量分析了隧道围岩变形规律和衬砌结构内力变化特征；再次,通过建立隧道开挖初期支护锁脚锚管的数值模型,分析了钢拱架锁脚作用机理和锁脚锚管的合理长度和打入角度；最后,通过土压力系数和围岩变形内表比探讨了隧道埋置的临界深度。主要得出以下成果：1)土、岩接触面是一个软弱结构面,其抗剪强度主要取决于软弱黄土的强度特性。随着土、岩接触面处上覆黄土含水量的增加,接触面的粘聚力显著减小；摩擦角亦减小,且小于黄土的摩擦角。2)土、岩接触带隧道围岩的变形主要表现为围岩沉降位移较大,不均匀沉降较明显；最大沉降位移位置一般在土、岩接触面土体侧。这种围岩变形导致隧道衬砌结构内力变化较大,主要表现为衬砌结构轴力和弯矩一般在土、岩接触面岩体侧较大。3)提出了用土、岩接触面的倾角、面积比、刚度比和埋深来定量描述土、岩接触带的方法；分析了倾角、面积比、刚度比、埋深以及开挖方式对土、岩接触带隧道围岩变形规律和衬砌结构内力变化特征的影响。表明影响最大为埋深和开挖方式,其次是面积比、倾角和刚度比。4)锚管的长度和角度对支护结构的内力均有较大的影响,适宜的长度和角度不仅有利于限制围岩的变形,而且有利于发挥支护结构的内力一般的土质隧道锁脚锚管宜取3.0m。锁脚锚管的打入角度宜取30°。5)用土压力系数界定深、浅埋临界深度约为洞径的2倍；用围岩变形内表比界定深、浅埋临界深度为洞径的1.7～3.0倍。6)在土、岩接触带中开挖隧道时,应适当加强洞周边土体侧的支护,尤其在土体侧拱肩处应加强支护,从而保证支护结构的变形统一均匀；应进行合理地布局分步开挖,减小对土层的扰动。提出了开挖方式和支护方案选取的原则,即“防止扰动,土为重点；土侧强支,拱肩加强”。 |
| 作者： | 雷权有 |
| 专业： | 水利工程 |
| 导师： | 邵生俊;孙剑峰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西安理工大学 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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