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基于仰拱数值分析的隧道支护优化设计
| 论文题名： | 基于仰拱数值分析的隧道支护优化设计 |
| 关键词： | 隧道支护;优化设计;仰拱设置;数值模拟 |
| 摘要： | 对于三车道隧道复合式衬砌结构仰拱设置的必要性一直是学术界争论的焦点：公路隧道设计规范(JTG D70－2004)认为对于Ⅲ级公路隧道，仰拱对隧道稳定性起着关键性的作用，应该设置45cm厚仰拱；然而，公路隧道设计细则(JTG/T D70－2010)认为，由于Ⅲ1和Ⅲ2级围岩条件较好，底部可以不设置仰拱，但Ⅳ1级需设45cm厚仰拱。这使得高速公路隧道在设计时困难很大，加之仰拱施工本身造价高、施工困难，隧道底部又是病害发生最为严重的部位。因此对特定条件下是否取消仰拱以及可能采取的底部支护措施这一问题进行研究，有着重要的实际意义。本文就围绕这两个主题展开分析。 文中采用FLAC3D数值模拟的方法分析Ⅲ2级和Ⅳ1级隧道支护设计的各个阶段。重点对仰拱作用效果进行研究，并且对于可以替代仰拱设置的地方提出两种新的支护方案，即在平底隧道底部“加横梁”和“加基础梁”。故选取现场条件基本相同的Ⅲ2级和Ⅳ1级围岩段分别建立四个模型： (1)平底隧道51m； (2)仰拱隧道51m； (3)平底加横梁隧道51m； (4)平底加基础梁隧道51m。 对比试验模拟的内容有：竖向位移、围岩应力、塑性区范围、锚杆轴力、二次衬砌结构等，得到以下主要结论： 1.仰拱的施作会使隧道底部位移减小9.225％～10.597%；使隧道周边围岩塑性区体积减小12.803%～43.478%；但是，在锚杆所受轴力和抑制拱顶变形受力方面效果不佳； 2.在三车道Ⅳ1级隧道围岩段，单从数值模拟方面考虑取消仰拱设置不太合适；当现场隧道底部为Ⅲ2级围岩或更高级别岩石，可以结合实际工程数据考虑取消仰拱设置； 3.单从数值模拟来看，平底隧道底部加基础梁综合作用效果更好些。 |
| 作者： | 刘燕蓉 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 徐东强 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 河北工业大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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