大跨海底隧道围岩抗力系数理论与试验分析及其设计应用研究

论文摘要

厦门市东通道翔安海底隧道是我国在建的首条海底城市道路隧道。鉴于目前没有专门的海底隧道设计规范，其支护及衬砌结构设计计算只能参考目前现行的公路隧道设计规范(JTG D70—2004)按局部变形理论进行设计。 在按局部变形理论设计时，规范采用的围岩弹性抗力系数是确定围岩抗力时的一个攸关的设计基本参数，其数值只是靠查取规范表格建议的数值范围并结合类似工程经验来确定。对厦门大跨曲墙扁坦形海底公路隧道，在高围压作用下，因部分软弱围岩已进入塑性变形状态，不只局限于弹性阶段，故在文中推广为围岩抗力系数。由于缺乏实践经验，对围岩抗力系数必须进行专门的理论和试验研究，所以本文的研究成果不仅具有理论学术研究意义，而且具有工程应用价值。 众所周知，只有当隧洞呈圆形而又承担均匀的内压时，计算得到的围岩抗力系数才是精确的理论值，而在其他隧洞断面形状和各种围压作用下，用局部变形理论(Winkler假定)所得到的围岩抗力系数都是近似的。因此，本文对围岩抗力系数的演引和解析工作都是按照圆形洞室承受均匀内压的理想条件进行的。 通过研究，本文取得了比较丰富的研究成果，它们具体是： (1) 首先整理、归纳了前人在围岩抗力系数方面的研究成果。通过收集、整理得到依据不同的本构模型或者工程实际可能出现的工况的6种不同计算模型和方法，分析表明，围岩抗力是一个综合性系数，它与荷载情况、洞室几何尺寸、围岩物理力学指标等都有很密切的联系，另外，通过研究将以前仅仅应用于弹性模型的的弹性抗力系数应用范围拓宽到处于弹塑性变形阶段的围岩以及富含节理裂隙的围岩情况。 (2) 统一强度理论与其它强度理论相比，最大的区别在于其通过引入一个材料屈服准则系数，以体现中间主应力对材料屈服的影响，而一般的强度理论常常只考虑最大主应力和最小主应力对材料屈服的影响。本文的研究表明，在岩土工程领域广泛应用的莫尔——库仑强度准则，由于没有考虑中间主应力的影响而偏于保守，同时，得到了大量的岩石力学试验结果已证实这点。本文基于统一强度理论独立推导得出的围岩抗力系数的新解析计算式，为提高计算精

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 海底隧道衬砌设计
• 1.2.1 隧道衬砌设计方法
• 1.2.2 隧道衬砌受力变形特点
• 1.3 国内外围岩抗力系数研究状况及评述
• 1.3.1 抗力系数的静力研究方法
• 1.3.2 抗力系数的动力研究方法
• 1.4 本文研究内容及创新点
• 第2章 岩石隧道围岩抗力系数理论研究
• 2.1 概述
• 2.2 弹性抗力系数经典计算方法
• 2.2.1 理想弹性模型
• 2.2.2 裂隙岩体的弹性模型
• 2.3 弹塑性模型
• 2.3.1 理想弹塑性模型
• 2.3.2 裂隙岩体的弹塑性计算模型
• 2.4 塑性理论线性强化模型
• 2.5 莫尔——库仑屈服条件计算模型
• 本章小结
• 第3章 围岩抗力系数理论研究新进展
• 3.1 统一强度理论概述
• 3.2 基于统一强度理论的围岩抗力系数理论研究
• 本章小结
• 第4章 隧道围岩抗力系数动力测试理论
• 4.1 我国岩石声波测试技术发展概述
• 4.2 各向异性介质中弹性波的传播
• 4.3 各向异性介质的基本概念
• 4.3.1 各向异性和非均匀性
• 4.3.2 岩石各项异性成因
• 4.4 各向异性介质中波的传播速度公式
• 4.4.1 广义胡克定律
• 4.4.2 各向异性介质的Christoffel方程
• 4.4.3 相速度和弹性常数
• 4.4.4 群速度和弹性常数
• 4.5 基于混合物理论的快、慢横波波速计算新方法
• 本章小结
• 第5章 厦门东通道海底隧道围岩抗力系数室内试验研究
• 5.1 试样制作
• 5.2 动力测试法
• 5.2.1 试验原理
• 5.2.2 仪器设备
• 5.2.3 纵波和横波波速测定
• 5.2.4 围岩动弹力学参数计算
• 5.3 静力试验
• 5.3.1 单轴压缩变形试验
• 5.3.2 三轴强度及变形试验
• 本章小结
• 第6章 研究成果在厦门海底隧道衬砌设计中的应用
• 6.1 厦门东通道海底隧道工程概述
• 6.2 围岩抗力系数计算
• 6.2.1 计算参数
• 6.2.2 围岩抗力系数计算结果
• 6.2.3 对各种模型适用性评述
• 6.2.4 围岩抗力系数的推荐取值范围
• 本章小结
• 第7章 研究结语及展望
• 7.1 研究结语
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果