【摘要】： 通透肋式拱梁隧道(本论文中的龙瀑隧道)在我国隧道史上首创,总长为80m,傍山浅埋,半明半暗形式的隧道。由于该隧道半明半暗形式的特殊性,其隧道开挖是在山体浅表层进行暗洞开挖,其隧道围岩变形及破坏主要集中在隧道掌子面及其上方岩体中,在该隧道施工过程中,既要考虑到隧道围岩本身的稳定性又要注意到隧道所在山体整体的稳定性。本文结合安徽省龙瀑隧道,采用地质条件研究与数值模拟分析相结合的研究手段,对这种通透肋式拱梁隧道新型结构进行了岩体结构特征、变形破坏模式、变形监测分析和地应力释放率的研究。 ①根据边坡变形迹象,并结合边坡监测资料可知,边坡变形原因主要为地形地貌、岩体结构、降雨、隧道开挖进尺、施工爆破等五个方面。 ②通过现场地质调研分析得出隧道的变形模式主要有两种顺层滑坡和倾倒变形。 ③通过参数反演,在天然状态下稳定性系数为1.15;在爆破、降雨等因素影响下,稳定性系数1.04,处于极限平衡状态;在地震情况下,稳定性系数0.99,极可能产生整体失稳。 ④通过变形监测分析,龙瀑隧道是傍山浅埋偏压隧道,坡体变形除了开挖卸荷引起一部分位移外,还有本身岩体结构面控制的影响,其变形的规律是从外向内延伸,隧道坡体位移主要由控制性结构面控制发展的。从监测数据总体上来看,管棚加固深度为15m,而边坡变形深度为9m,也说明管棚的深度是足够的,管棚加固对坡体整体稳定性起了控制性加固作用。 ⑤现场地质调查和监测钻孔资料表明,在隧道中存在一组非常发育的倾坡外控制性结构面,而在隧道开挖过程中,证实了位移的突变是由于控制性结构面张开造成的,通过开挖进尺与位移百分比的关系,我们估算出其控制性结构面张开的位移值。 ⑥根据公路隧道设计规范中的假定,运用古典库仑土压力公式推导出通透肋式拱梁隧道这种新型结构的衬砌荷载计算方法。 ⑦通过数值模拟研究,我们得到一些规律,从围岩受力方面来看,隧道开挖后,在隧道围岩中其第一条控制性软弱结构面附近出现拉应力集中,而在拱脚位置处出现压应力集中;在支护结构上,在靠近第一条控制性软弱结构面附近的结构内侧,出现压应力集中,而在靠近第一条控制性软弱结构面的结构外侧,出现拉应力集中。塑性区出现在拱脚,这个就需要我们在设计和施工过程中注意。再通过建立一个目标函数,将数值模拟中监测点的位移结果与修正后的实测监测点位移结果进行了对比,确定了龙瀑隧道的最佳地应力释放率在60%～70%之间。 ⑧根据接近的真实地应力释放率,分析了围岩—支护结构之间的变形性状及力学特性。 【关键词】：围岩—支护结构 变形模式 稳定性 变形监测 数值模拟
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：U451
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2008.085984
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• 第1章 前言10-21
• 1.1 选题依据及研究意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-18
• 1.2.1 隧道围岩稳定性研究现状12-15
• 1.2.2 隧道支护理论的发展15-16
• 1.2.3 岩体结构研究现状16-18
• 1.3 研究内容与技术路线18-21
• 1.3.1 研究内容18-19
• 1.3.2 研究思路19
• 1.3.3 技术路线19-21
• 第2章 龙瀑隧道工程地质概况21-30
• 2.1 隧址地质背景21-22
• 2.2 气象水文22
• 2.2.1 气象22
• 2.2.2 水文22
• 2.3 地形地貌22-23
• 2.4 地层岩性23-24
• 2.5 地质构造24
• 2.6 风化卸荷24-25
• 2.7 水文地质条件25
• 2.8 地震25-30
• 第3章 隧道岩体结构特征与变形机制研究30-43
• 3.1 概述30-32
• 3.1.1 龙瀑隧道开挖体型30-31
• 3.1.2 隧道开挖施工进度31-32
• 3.2 岩体结构特征研究32-35
• 3.3 隧道围岩分级35-37
• 3.3.1 初步分级35-36
• 3.3.2 详细定级36-37
• 3.3.3 综合评判37
• 3.4 隧道围岩变形破坏迹象及特征分析37-38
• 3.5 隧道围岩变形因素分析38
• 3.6 隧道围岩变形失稳模式研究38-40
• 3.7 坡体稳定性分析40-42
• 3.7.1 参数反演40-41
• 3.7.2 块体稳定性计算41-42
• 3.8 场地工程地质条件评价与建议42
• 3.9 本章小结42-43
• 第4章 隧道变形监测及成果分析43-70
• 4.1 监控意义及预期目标43-45
• 4.1.1 拟解决的主要问题及预期目标43
• 4.1.2 信息化反馈分析43-45
• 4.2 量测的布置45-50
• 4.2.1 项目选择45-46
• 4.2.2 量测断面的布置46-50
• 4.2.3 数据采集50
• 4.3 监控量测分析方法50-51
• 4.4 监测成果分析51-68
• 4.4.1 坡体深部位移51-59
• 4.4.2 地表沉降59-62
• 4.4.3 开挖进尺与坡体位移关系研究62-68
• 4.5 本章小节68-70
• 第5章 隧道围岩—支护结构相互作用及数值方法70-78
• 5.1 隧道围岩—支护结构相互作用原理70-72
• 5.2 通透肋式拱梁隧道衬砌荷载的计算方法72-74
• 5.3 隧道施工过程的有限元模拟概述74-78
• 5.3.1 隧道开挖卸荷的基本思想74-75
• 5.3.2 隧道施工过程的模拟75-78
• 第6章 隧道围岩—支护体系相互作用数值模拟分析78-100
• 6.1 隧道模型建立及参数的确定78-83
• 6.1.1 基本假定78
• 6.1.2 地质概化模型78-79
• 6.1.3 参数选取79-82
• 6.1.4 追踪点的布设82-83
• 6.2 均质岩土体条件下的围岩变形性状及力学特征分析83-87
• 6.2.1 隧道开挖后围岩变形分布特征分析84-85
• 6.2.2 隧道开挖后围岩受力分布特征分析85-86
• 6.2.3 小节86-87
• 6.3 地应力释放率对围岩-支护体系的影响87-94
• 6.3.1 地应力释放率对位移分布的影响87-93
• 6.3.2 地应力释放率对应力分布的影响93-94
• 6.4 隧道围岩—支护相互作用变形性状及力学特征分析94-99
• 6.4.1 隧道开挖后无支护状态下围岩变形性状及力学特征分析94-96
• 6.4.2 隧道开挖支护状态下围岩变形性状及力学特征分析96-98
• 6.4.3 隧道开挖支护状态下支护结构力学特征分析98-99
• 6.5 本章小节99-100
• 第7章 结论与展望100-102
• 7.1 结论100-101
• 7.2 后续工作展望101-102
• 致谢102-103
• 参考文献103-104