膨胀岩隧道支护结构受力特性和围岩稳定性研究

论文摘要

本文以龙厦铁路线吴坑隧道膨胀性辉绿岩分布段为依托，采用现场调研、室内试验和有限元数值计算的方法，对该地段膨胀性辉绿岩的工程性质，力学特性，膨胀压力的形成机制，围岩压力分布特点，膨胀性围岩对初期支护的影响进行分析研究，得出一些对施工有较强指导意义的结论。主要研究工作如下：(1)在现场调研和室内试验及大量现场监测资料的基础上，对吴坑隧道膨胀性辉绿岩的工程性质，膨胀压力分布特点及围岩膨胀压力形成机制进行分析研究。(2)以现场实测资料为基础，运用荷载结构法对膨胀压力影响下，就初期支护的受力特点进行对比分析；针对膨胀压力分布特点，分别采用加强初期支护强度（原设计I20a钢拱架改成HW175型钢）及施作临时横撑等施工优化措施，并对初期支护稳定性进行分析。(3)以现场监测资料为基础，以膨胀压力为附加荷载，采用地层结构法，对隧道开挖过程中，膨胀压力影响下围岩及初期支护受力及变形特性进行分析。在此基础上，得出膨胀压力作用下，影响洞室及初期支护稳定性的关键工序及变形破坏关键部位。进而提出针对吴坑隧道膨胀性辉绿岩分布段的施工措施建议。(4)在上述研究基础上，结合现场监测资料对吴坑隧道膨胀性辉绿岩分布段的典型破坏现象进行分析，并提出施工建议。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 依托项目工程概况及其主要工程问题
• 1.3.1 工程概况
• 1.3.2 主要工程问题
• 1.4 主要研究内容、分析方法及研究思路
• 1.4.1 本文研究内容
• 1.4.2 本文采用的隧道支护结构及围岩分析方法
• 1.4.3 研究思路
• 第二章 膨胀岩的工程性质及隧道变形特点
• 2.1 膨胀岩的概念[1]
• 2.2 膨胀性辉绿岩的矿物成分及其工程性质
• 2.2.1 矿物成分
• 2.2.2 工程性质
• 2.3 围岩膨胀压力形成机制
• 2.4 围岩压力及洞室变形分析
• 2.4.1 实测围岩压力与松散压力的对比分析
• 2.4.2 吴坑隧道围岩压力分布特点
• 2.4.3 吴坑隧道洞室变形特点
• 2.4.4 吴坑隧道围岩压力与洞室变形分析
• 2.5 初期支护主要破坏形式
• 2.6 本章小结
• 第三章 膨胀压力影响下初期支护受力特性研究
• 3.1 研究思路及模型建立
• 3.1.1 研究思路
• 3.1.2 模型建立
• 3.2 松散压力作用下初期支护受力特性
• 3.3 膨胀压力影响下初期支护受力特性
• 3.3.1 工字钢断面初期支护弯矩及轴力分布规律
• 3.3.2 H 型钢断面初期支护弯矩及轴力分布规律
• 3.4 提高初期支护稳定性的施工优化措施分析
• 3.4.1 提高初期支护强度对初期支护稳定性影响
• 3.4.2 施作临时横撑对初期支护稳定性的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 膨胀压力影响下围岩及初期支护施工力学行为研究
• 4.1 本章结构
• 4.2 模型建立
• 4.2.1 模型尺寸
• 4.2.2 支护措施的处理
• 4.2.3 岩体及支护物理力学参数的选取
• 4.2.4 有限元数值计算方案
• 4.3 施工过程围岩稳定性分析
• 4.3.1 应力场分析
• 4.3.2 位移场分析
• 4.3.3 塑性区分析
• 4.4 施工过程初期支护施工力学行为研究
• 4.4.1 工字钢断面内力图
• 4.4.2 H 型钢断面内力图
• 4.5 关键工序及变形破坏关键部位
• 4.6 施工措施建议
• 4.7 本章小结
• 第五章 吴坑隧道典型破坏现象分析
• 5.1 吴坑隧道施工过程中出现的问题
• 5.2 成因分析
• 5.2.1 塌方原因分析
• 5.2.2 典型破坏现象分析
• 5.3 施工措施建议
• 5.3.1 塌方处理措施
• 5.3.2 典型破坏现象施工措施
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历