山区隧道施工地表移动与变形规律研究

论文摘要

隧道开挖施工必将引起围岩应力场、应变场的变化,围岩产生向隧道空间内的移动。当围岩移动量较大时,隧道地表产生移动与变形,地表点的差异沉降会引起地表的垂直变形,不均匀水平位移又将会引起地表的水平变形。地表移动与变形值过大将对隧道上方地表面建筑物产生不利影响,甚至会引起安全事故。因此,分析研究山区隧道施工引起的地表移动与变形规律具有重要意义。论文运用有限元软件MIDAS/GTS模拟独岩隧道施工过程,分析总结了山区隧道施工地表移动与变形规律以及围岩内部移动规律。然后采用数值方法研究不同围岩性质、不同开挖方法、不同开挖进尺、不同开挖孔径、不同隧道埋深五种因素对隧道洞周围岩移动和地表沉降的影响。最后对独岩隧道现场监控量测数据进行分析,为判断围岩稳定、二衬施作时间提供依据,并与数值模拟结果进行对比,验证所得规律的可靠性。研究表明:隧道横断面地表移动与变形分布曲线均为连续光滑曲线,地表水平位移曲线与倾斜变形曲线具有相似的特征,地表水平变形曲线与地表曲率变形曲线形态相似;山区隧道地表沉降主要发生在影响半径内,远离轴线方向地表沉降量逐渐减小;沿隧道开挖方向,隧道埋深增加、地质情况变化,地表移动与变形的横向影响范围增大,但影响强度减弱。独岩隧道实测结果与数值模拟所得规律相吻合。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 地表建（构）筑物保护要求
• 1.2.1 地表移动与变形对建筑物的影响
• 1.2.2 建筑物保护等级和允许变形
• 1.3 地表移动与变形预计理论研究现状
• 1.3.1 经验公式法
• 1.3.2 解析法
• 1.3.3 数值解
• 1.3.4 理论分析法
• 1.3.5 地层位移模型试验研究
• 1.4 论文主要研究内容
• 第二章 隧道施工过程有限元分析原理
• 2.1 隧道模型有限元分析概述
• 2.2 岩土材料基本力学特性
• 2.3 岩土材料本构模型
• 2.3.1 本构模型研究现状
• 2.3.2 岩土体弹塑性理论
• 2.4 隧道施工过程数值模拟方法
• 2.4.1 隧道开挖（卸载）模拟
• 2.4.2 施工过程模拟
• 2.4.3 释放荷载计算
• 2.5 独岩隧道工程概况
• 2.5.1 工程水文地质条件概况
• 2.5.2 隧道建筑限界及内轮廓设计
• 2.5.3 隧道衬砌结构设计
• 2.5.4 辅助施工措施设计
• 2.6 隧道施工过程模拟软件实现
• 第三章 山区隧道施工地表移动与变形规律数值分析
• 3.1 模型建立
• 3.1.1 计算假定
• 3.1.2 边界条件
• 3.1.3 网格离散
• 3.2 物理力学计算参数选取
• 3.3 山区隧道施工地表移动规律分析
• 3.3.1 山区隧道地表沉降规律
• 3.3.2 山区隧道地表横向水平移动规律
• 3.3.3 山区隧道地表纵向水平移动规律
• 3.4 山区隧道施工地表变形规律分析
• 3.5 山区隧道施工围岩内部移动规律分析
• 3.6 山区隧道施工地表移动动态过程分析
• 3.6.1 地表沉降动态过程
• 3.6.2 地表横向水平移动动态过程
• 3.6.3 地表纵向水平移动动态过程
• 第四章 隧道施工地表沉降影响因素分析
• 4.1 计算模型建立
• 4.2 不同因素对隧道施工地表沉降影响分析
• 4.2.1 围岩性质对隧道地表沉降影响分析
• 4.2.2 开挖进尺对隧道地表沉降影响分析
• 4.2.3 开挖孔径对隧道地表沉降影响分析
• 4.2.4 开挖方法对隧道地表沉降影响分析
• 4.2.5 隧道埋深对隧道地表沉降影响分析
• 第五章 独岩隧道施工监控量测及数据分析
• 5.1 监控量测必要性及目的
• 5.1.1 监控量测必要性
• 5.1.2 监控量测目的
• 5.2 独岩隧道监控量测实施方案
• 5.2.1 独岩隧道监测项目及监测频度
• 5.2.2 独岩隧道监测断面布置
• 5.2.3 独岩隧道监测方法
• 5.2.4 实测数据回归分析原理
• 5.3 独岩隧道监测数据处理分析
• 5.3.1 地表沉降
• 5.3.2 洞周水平收敛
• 5.3.3 拱顶沉降
• 5.4 现场监控量测结果与数值模拟结果对比
• 5.5 现场监控量测与数值模拟分析存在的问题
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间参与科研项目及发表论文