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1、分類號:U4510710-2009021044博士學(xué)位論文膨脹性軟巖隧道圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)受力變形特征研究楊帆導(dǎo)師姓名職稱謝永利教授申請學(xué)位級別博士學(xué)科專業(yè)名稱道路與鐵道工程論文提交日期2018年5月14日論文答辯日期2018年6月12日學(xué)位授予單位長安大學(xué)StudyonStressandDeformationCharacteristicsofExpansiveSoftRockTunnelofSurroundingRockandSupportStructureADissertationSubmittedfortheDegreeofDo
2、ctorCandidate：YangFanSupervisor：Prof.XieYongliChang’anUniversity，Xi’an，China摘要由于膨脹性軟弱圍巖存在膨脹性、崩解性、流變性、易擾動性等特點，加之在構(gòu)造應(yīng)力的影響下，使得隧道在施工開挖后圍巖出現(xiàn)大變形偏壓現(xiàn)象，不僅對圍巖穩(wěn)定性造成破壞，同時伴隨著施工過程中對支護(hù)結(jié)構(gòu)造成整體破壞。論文依托臥佛山隧道工程，通過現(xiàn)場監(jiān)測，室內(nèi)模型試驗，理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對膨脹性軟巖隧道圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)受力變形特征進(jìn)行研究。1.通過對隧道圍巖大變形定義、類型、界定、發(fā)
3、生機(jī)制及影響因素方面的研究，對在特定地質(zhì)條件下，圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)變形特征進(jìn)行理論分析，并結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測資料，分析得到高地應(yīng)力條件下軟巖大變形偏壓隧道圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)變形特征。2.為研究圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)施工力學(xué)效應(yīng)，基于對初始地應(yīng)力場及圍巖壓力理論的分析，對工程實用計算方法獲得圍巖壓力存在的缺陷進(jìn)行論述，并對采用工程實用計算方法獲得圍巖壓力與工程現(xiàn)場獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)存在的差異進(jìn)行分析，推導(dǎo)得到了彈塑性狀態(tài)下深埋軟弱圍巖在線性摩爾-庫倫強(qiáng)度準(zhǔn)則及非線性Hoek-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則下塑性區(qū)應(yīng)力狀態(tài)、塑性區(qū)半徑及塑性區(qū)位移。3.通過圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)相互
4、作用機(jī)理，分析地層特征曲線與支護(hù)特征曲線在up?i坐標(biāo)平面上不同組合，得到在接近地層特征曲線最低點隧道開挖一段時間后采用柔性支護(hù)最為合理。結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，由大變形偏壓隧道圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)受力特征可知，支護(hù)時機(jī)及支護(hù)剛度選擇不合理對支護(hù)結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重破壞。4.采用地質(zhì)力學(xué)模型試驗，對軟巖偏壓隧道進(jìn)行試驗研究，在不同側(cè)壓力條件下，將圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)沿軸心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)以模擬偏壓現(xiàn)象，通過模型相似比確定模型試驗圍巖大變形判定標(biāo)準(zhǔn)，并通過圍巖變形、圍巖與襯砌結(jié)構(gòu)接觸壓力以及襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析，了解軟巖偏壓條件下圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)受力變形規(guī)律，得到在偏壓條
5、件下隧道施工重點監(jiān)控部位。5.通過數(shù)值分析，選用摩爾-庫倫彈塑性本構(gòu)模型，模擬現(xiàn)場采用臺階法施工時，在一定水平構(gòu)造應(yīng)力條件下，對圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)受力變形特征進(jìn)行分析，得出圍巖條件及水平構(gòu)造應(yīng)力對圍巖與支護(hù)體系的影響關(guān)系，并分析位移變形及塑性區(qū)分布特征。結(jié)i果表明在大變形偏壓條件下，支護(hù)結(jié)構(gòu)受力變形在仰拱及側(cè)壁處最為明顯，并在圍巖較好一側(cè)對支護(hù)施加一定壓應(yīng)力，對支護(hù)造成破壞。6.對復(fù)雜圍巖條件下圍巖應(yīng)力的彈塑性分析，提出大變形偏壓隧道設(shè)計理念及支護(hù)結(jié)構(gòu)基本要求。通過復(fù)合型聯(lián)合支護(hù)以及2層初支體系對大變形偏壓隧道的圍巖穩(wěn)定作用進(jìn)行模擬分
6、析。關(guān)鍵詞：公路隧道膨脹性軟巖偏壓支護(hù)結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬iiAbstractBecauseembeddedexpansivesoftrockexpansibility,disintegration,rheologicalproperty,easytodisturbanceandothercharacteristics,andundertheinfluenceoftectonicstress,thetunnelsurroundingrockafterexcavationconstructionappearlargedeformationb
7、iasphenomenon,notonlydamagetothestabilityofsurroundingrock,combinedwiththeconstructionofsupportingstructureintheprocessoftheoveralldamage.PaperbasedonmountainofWofotunnelengineering,throughfieldmonitoring,indoormodeltest,thetheoreticalanalysisandnumericalsimulation,th
8、emethodofcombiningtheofswellingsoftrocktunnelsurroundingrockandsupportstructuredeformationcharacteristicswerestudied.1.Thela
