地质偏压隧道围岩压力分布及衬砌安全性的分析

论文摘要

在山岭隧道的修建过程中,通常会穿越地质条件复杂的岩体,而偏压隧道就属于这种复杂的地质条件之一。但对地质偏压隧道的围岩压力及其支护结构的安全性进行分析与计算是目前存在的一个技术难题。对于偏压隧道的研究,在地形偏压、地质顺层偏压隧道的研究中都已经取得了很多的成果,但是对于地质偏压隧道的研究却较少,本文拟对地质偏压隧道的围岩压力及衬砌的安全性进行研究。论文首先分析了偏压隧道的成因、判别方法及研究现状,探讨了不同成因下围岩压力的计算方法,并研究了硬岩和软弱围岩分界面与地面夹角90°时围岩压力的计算方法。论文以ANSYS通用有限元计算软件对双线铁路隧道穿越不同软硬围岩级别隧道的力学行为进行了数值模拟。主要针对隧道穿越不同级别围岩的地质状况:(1)隧道在穿越Ⅰ与Ⅱ、Ⅱ与Ⅲ、Ⅲ与Ⅳ、Ⅳ与Ⅴ的情况下,在围岩分界面与地面夹角为90°、60°、30°、0°时,围岩的压力以及初期支护内力的变化特征;(2)分析了隧道第一、第三主应力的应力集中情况,从另一个角度展示了地质偏压隧道的围岩压力分布与初期支护内力变化特征。(3)对初期支护衬砌进行了安全系数的计算,从而得出在不同围岩作用下初期支护的安全性问题。(4)对二次衬砌结构的内力进行了分析,并针对二次衬砌受力情况进行配筋计算。论文通过对地质偏压隧道围岩压力及初期支护与二次衬砌安全性的研究,可为今后类似地质条件下隧道工程的设计提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 课题的研究目标、内容和方法
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 拟解决的关键问题
• 第2章 偏压隧道成因及围岩压力计算
• 2.1 偏压隧道形成的原因
• 2.2 偏压隧道的判定
• 2.3 浅埋隧道的判定
• 2.4 围岩压力的计算方法
• 2.4.1 地形引起的偏压隧道围岩压力计算
• 2.4.2 由地质构造引起偏压的检算
• 2.4.3 不同地质条件下围岩压力的计算
• 第3章 地质偏压隧道偏压作用的数值模拟
• 3.1 岩体力学方法
• 3.2 围岩参数的确定
• 3.3 有限元模型
• 3.3.1 概述
• 3.3.2 基本假定
• 3.3.3 计算单元的选取
• 3.3.4 屈服准则
• 3.4 不同地质状况模型的建立
• 3.4.1.参数的选取
• 3.4.2 模型边界条件
• 3.5 地质偏压隧道围岩压力与初支内力的分析
• 3.5.1 Ⅰ、Ⅱ级围岩围岩压力和初支内力计算结果分析
• 3.5.2 围岩分界面与地面夹角成60°时计算结果分析
• 3.5.3 围岩分界面与地面夹角成30°时计算结果分析
• 3.5.4 围岩分界面与地面水平时计算结果分析
• 3.6 Ⅱ、Ⅲ级,Ⅲ、Ⅳ级和Ⅳ、Ⅴ级围岩计算结果分析
• 3.6.1 Ⅱ、Ⅲ级围岩条件下初期支护内力分析
• 3.6.2 Ⅱ、Ⅲ级围岩条件下围岩压力分析
• 3.6.3 Ⅲ、Ⅳ级围岩条件下初期支护内力分析
• 3.6.4 Ⅲ、Ⅳ级围岩条件下围岩压力分析
• 3.6.5 Ⅳ、Ⅴ级围岩条件下初期支护内力分析
• 3.6.6 Ⅳ、Ⅴ级围岩条件下围岩压力分析
• 3.6.7 有限元解与理论解的对比分析
• 3.7 初期支护安全系数
• 3.7.1 衬砌截面强度安全检算
• 3.7.2 Ⅱ、Ⅲ级围岩作用下初期支护内力的安全系数
• 3.7.3 Ⅲ、Ⅳ级围岩作用下初期支护内力的安全系数
• 3.7.4 Ⅳ、Ⅴ级围岩作用下初期支护内力的安全系数
• 3.8 围岩第一、第三主应力分析
• 3.8.1 Ⅰ、Ⅱ级围岩
• 3.8.2 Ⅱ、Ⅲ级围岩
• 3.8.3 Ⅲ、Ⅳ级围岩
• 3.8.4 Ⅳ、Ⅴ级围岩
• 3.8.5 围岩第一、第三主应力分析总结
• 3.9 本章小结
• 第4章 二次衬砌内力的分析与配筋
• 4.1 二次衬砌结构内力分析
• 4.2 二次衬砌安全系数
• 4.3 二次衬砌配筋计算
• 4.3.1 非对称配筋偏心受压构件正截面承载力计算
• 4.3.2 对称配筋偏心受压构件正截面承载力计算
• 4.3.3 二次衬砌配筋后截面复核
• 4.3.4 二次衬砌配筋计算结果
• 结论与展望
• 一 结论
• 二 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表论文