浅埋公路隧道围岩压力计算方法及开挖过程受力分析

论文摘要

我国是一个多山和丘陵的国家,随着我国的经济发展,山区的交通迅猛发展,修建山区公路隧道越来越多。近几年我国境内出现了几次大的自然灾害,如汶川地震、玉树地震等,高速公路隧道也出现严重破坏。浅埋公路隧道的围岩通常强度较低,在开挖后不易形成自然拱,所以浅埋隧道很不稳定。浅埋隧道的计算方法与深埋隧道不同,主要的计算方法为土柱理论,泰沙基理论及公路隧道设计规范中的理论。浅埋公路隧道在开挖后易产生滑动面,出现塑性变形,浅埋公路隧道在开挖过程中的受力变形分析尤为重要。本论文的主要工作有以下几点:1.根据赵家沟隧道的工程地质情况,利用FLAC3D软件建立四种埋深不同的隧道模型,应用静力分析,进行了模型的塑性区的对比分析,判定拱顶和拱脚最容易出项张拉和剪切破坏。2.分析和对比了各模型开挖过程中竖向应力,拱底和拱顶主要为受拉破坏,拱腰受压破坏。分析对比了XZ方向的剪应力变化,在拱腰和拱脚下部处很有可能出现剪切破坏。埋深越大,应力值越大。3.分析对比了各模型在隧道开挖过程中的竖直位移变化,得出拱顶下沉,拱底位移上升,埋深越大,位移越大。监测对比了隧道若干特征点的应力和位移的变化。总结了模型的支护结构锚杆和衬砌的在开挖过程中的支护作用。由于FLAC3D建模的限制,本论文建立了不同隧道宽度的模型进行对比研究。综上所述,本论文通过对不同埋深模型进行开挖过程受力和变形分析,明确了开挖过程中隧道的破坏形式及埋深不同对隧道受力变形的影响。本文的研究成果希望能给浅埋公路隧道的设计和施工提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• §1-1 浅埋公路隧道围岩压力研究现状
• 1-1-1 围岩压力简介及其影响因素
• 1-1-2 国内关于浅埋隧道围岩压力研究现状
• 1-1-3 国外关于浅埋隧道围岩压力的研究现状
• §1-2 浅埋公路隧道围岩压力的研究意义
• §1-3 研究内容和方法
• 第二章 公路隧道围岩压力和 FLAC3D 软件介绍
• §2-1 公路隧道围岩压力计算方法
• 2-1-1 普氏理论计算
• 2-1-2 泰沙基理论
• 2-1-3 浅埋隧道围岩压力计算
• §2-2 FLAC3D 软件介绍
• 2-2-1 FLAC3D 软件计算原理
• 2-2-2 FLAC3D 软件的功能
• §2-3 本章小结
• 第三章 隧道工程概况及计算模型建立
• §3-1 隧道工程及开挖方法
• 3-1-1 隧道工程简介
• 3-1-2 隧道的开挖方法
• §3-2 公路隧道计算模型和工程概况
• 3-2-1 公路隧道计算模型建立原则
• 3-2-2 赵家沟隧道工程地质条件
• 3-2-3 隧址区工程地质评价
• 3-2-4 赵家沟隧道工程地质总结
• §3-3 公路隧道开挖有限差分模型的建立
• 3-3-1 本构模型
• 3-3-2 围岩实体模型
• 3-3-3 喷浆模型建立
• 3-3-4 超前小导管和锚杆模型建立
• §3-4 模型的材料参数确定
• §3-5 初始地应力场的生成
• §3-6 本章小结
• 第四章 公路隧道开挖过程受力分析
• §4-1 围岩受力变形分析
• 4-1-1 塑性区
• 4-1-2 竖向应力变化
• 4-1-3 XZ 方向剪应力变化
• 4-1-4 竖向位移的变化
• 4-1-5 不同隧宽比较
• §4-2 支护结构受力
• 4-2-1 锚杆受力
• 4-2-2 衬砌受力
• §4-3 本章小结
• 第五章 结论与展望
• §5-1 本文主要结论
• §5-2 建议以及展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果