【碩士】客運專線大斷面黃土隧道施工力學及支護設計理論研究【2008】

內容簡介

　　學科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學位：工學碩士　　學位授予單位：西南交通大學　　學位年度： 2008年　　隨著國內大規(guī)?；A設施的投資建設，西部將建設一大批大斷面黃土隧道。先期建設的鄭西鐵路客運專線包含大量黃土隧道，其單洞開挖斷面達170m2，為我國黃土歷史上第一，且黃土地層具有特殊性和軟弱性，工程難度大。我國目前尚無相關工程的施工與設計經驗，缺少規(guī)范的指導，因此對其施工技術和支護理論的研究顯得尤為迫切。本文依托該工程，率先對大斷面黃土隧道的力學行為展開研究，主要開展了以下工作：　　1．通過調查和分析客專黃土圍巖的特殊性質，指出黃土的結構性強度可概括為雙線性屈服準則，而垂直節(jié)理可視為遍布節(jié)理，兩者在新、老黃土中具有不同的賦存狀況和發(fā)育程度?！　?．提出應按考慮黃土特性的雙線性本構模型進行黃土隧道的力學分析，結果認為，結構強度主要影響塑性區(qū)和位移量值，對形態(tài)影響不大，而垂直節(jié)理對深、淺埋黃土隧道的位移模式與破壞形態(tài)有很大影響。　　3．采用三維數(shù)值仿真方法，并結合試驗工點監(jiān)測數(shù)據(jù)，研究了大斷面黃土隧道中雙側壁、CRD、弧形導坑法的施工力學動態(tài)，揭示出深、淺埋皆為不利情況，開挖前圍巖位移釋放率高、支護位移量大、早期變形快、持續(xù)時間長、支護受力大等是其主要特點；給出了施工監(jiān)測控制基準值，指出淺埋應按變形控制，深埋應按變形與受力雙重標準控制?！　?．針對三種工法提出改進與優(yōu)化，并進行了力學驗證。　　5．針對黃土圍巖中錨桿的拉拔試驗，修正了基于剪滯理論的錨桿軸力與剪力計算式，并用于評價錨桿一圍巖界面強度；基于中性點理論研究了錨桿一黃土圍巖的相互作用機制，指出圍巖不同部位的變形模式是錨桿作用與受力大小的決定性因素。　　6．采用數(shù)值分析與現(xiàn)場1：1原型支護試驗結果，對系統(tǒng)錨桿在黃土隧道中的錨固效果進行了研究，指出拱部錨桿作用小，邊墻錨桿有一定作用。　　7．根據(jù)黃土的結構性及噴射混凝土硬化，建立了支護鋼架+噴混組合體的平面受力分析方法，得出快速硬化條件下格柵+噴混與型鋼+噴混支護能力相當?！　?．采用三維分析方法，對型鋼與格柵在大斷面黃土隧道中的支護機制與支護能力進行了分析，指出兩者的主要差別在于對水平位移的約束上，而對約束拱部的整體沉降差別不大。　　9．采用現(xiàn)場1：1原型支護試驗結果對格柵與型鋼的支護性能進行對比分析，發(fā)現(xiàn)快速硬化條件下兩者差距不大，均可在斷面黃土隧道中采用。　　

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