复杂地质条件下大跨度连拱隧道稳定性研究

论文摘要

本文以铜（陵）黄（山）高速公路上坡连拱隧道为研究背景,以现场试验（监控量测）和数值模拟手段来研究复杂地质条件下连拱隧道施工过程中的稳定性问题,以实现动态施工、动态设计的新奥法理念。第一,系统地介绍了大跨度连拱隧道施工监测方案和监测成果,得出隧道在开挖期间围岩周边位移量、围岩变形速率、地表沉降、初期支护受力、二次衬砌受力和锚杆轴力的应力变化规律,结合施工现场的监测成果对隧道出现的异常现象成因进行了简要分析。第二,通过建立隧道结构的边界元模型,利用已开发的3D-FSM·DDM源程序对连拱隧道的不同施工阶段进行全过程的数值模拟。然后,重点对依托工程的K151+010断面进行了边界元分析,分析发现:连拱隧道的左、右洞的先后施工会产生相互影响,先开挖浅埋侧的施工方案对于隧道围岩变形位移以及整体结构的稳定性来说显得更为合理。第三,通过选择、移植弹性断层本构关系模型,利用已开发的3D-FSM·DDM源程序对连拱隧道在有、无断层两种情况下隧道开挖进行数值模拟。然后,重点对依托工程的K151+010断面和K151+071断面进行了对比分析,分析表明:对于隧址区含断层的连拱隧道,其围岩的应力、位移以及稳定性与不含断层的连拱隧道相比具有明显差异,在进行设计之前要充分考虑隧址区的不良地质现象。第四,通过对监控量测结果和数值模拟结果进行对比分析,从而将研究成果相互印证,避免了研究中的不足甚至错误,为类似的工程设计和施工提供一些帮助。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出及研究意义
• 1.2 课题研究的目的
• 1.3 国内外研究现状综述
• 1.4 主要研究内容及技术路线
• 2 3D—FSM·DDM间接边界元数值系统
• 2.1 引言
• 2.2 应力不连续法（FSM）
• 2.3 位移不连续法（DDM）
• 2.4 FSM与DDM耦合
• 2.5 含节理岩体的线弹性分析
• 2.6 本章小结
• 3 大跨度连拱隧道施工监控量测
• 3.1 引言
• 3.2 上坡隧道工程概况
• 3.3 上坡隧道信息化施工监控量测
• 3.4 上坡隧道监控量测成果分析
• 3.5 监测成果在施工中的应用
• 3.6 本章小结
• 4 大跨度连拱隧道围岩稳定性三维数值模拟
• 4.1 引言
• 4.2 上坡隧道计算模型的建立
• 4.3 上坡隧道三导洞方案施工工序数值模拟
• 4.4 上坡隧道有、无断层情况下数值模拟
• 4.5 本章小结
• 5 监测结果与数值模拟结果对比分析
• 5.1 引言
• 5.2 围岩变形监测结果与数值模拟结果对比分析
• 5.3 围岩应力监测结果与数值模拟结果对比分析
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文