【博士】隧道單層襯砌作用機理及設計方法研究【2007】

內(nèi)容簡介

　　學科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：西南交通大學　　學位年度： 2007年　　論文從研究隧道圍巖穩(wěn)定性入手，以數(shù)值模擬計算和現(xiàn)場測試為基本研究手段，對單層襯砌在工作過程中錨桿、噴混凝土以及其與圍巖相互作用的力學原理進行了系統(tǒng)的闡述，并通過室內(nèi)實驗研究初步提出了用作單層襯砌的唉射混凝土力學性能控制指標，在此基礎上提出了詳細的隧道單層襯砌設計原則和具體的設計流程，最終應用于工程實踐，初步形成一套具有理論支撐的單層襯砌設計方法。主要結(jié)論和成果如下：　　1、研究了褶皺、斷層等地質(zhì)構造和地形對圍巖穩(wěn)定性的影響，并提出在N．Barton巖質(zhì)評定系數(shù)Q值計算式中引入褶皺影響系數(shù)、斷層影響系數(shù)以及地形影響系數(shù)，反映其影響程度的大?。灰肭咏葘Χ词覈鷰r穩(wěn)定性進行總體評價，并根據(jù)屈服接近度的大小對洞室穩(wěn)定性進行了分級，分為：充分穩(wěn)定、穩(wěn)定、臨界穩(wěn)定以及不穩(wěn)定四種。　　2、提出了采用屈服接近度對圍巖穩(wěn)定性進行總體評價完成預設計，運用松動圈支護理論修正設計的單層襯砌設計思路，將隧道支護設計向準定量水平推進了一步，提高了設計的準確性?！　?、通過數(shù)值模擬分析首次得到了圍巖壓力與圍巖變形的全過程特征曲線；指出單層襯砌支護的主要對象是圍巖破裂過程中的巖石碎脹變形或碎脹力?！　?、結(jié)合圍巖松動圈支護理論，研究了由單層噴射混凝±及錨桿構成的單層襯砌作用機理，并給出了相應的支護措施。唼射混凝土支護的受力機理分為兩類：局部受力和整體受力；單體錨桿的作用機理在非連續(xù)性巖體中主要表現(xiàn)為懸吊或銷釘作用，在連續(xù)性巖體中錨桿錨固力主要是峰后圍巖碎脹變形與錨桿相互作用的結(jié)果。　　5、引入接觸力學對由多層混凝土構成的單層襯砌結(jié)構的作用機理進行了研究，并與復合襯砌結(jié)構進行了比較。在同等荷載條件下，支護結(jié)構的厚度相同時，單層襯砌結(jié)構比復合襯砌結(jié)構產(chǎn)生的內(nèi)力小20‰50％：如產(chǎn)生的內(nèi)力相等時，單層襯砌結(jié)構比復合襯砌結(jié)構的厚度可減薄1／5～1，4，隧道開挖量減少5‰8％。由多層混凝土構成的單層襯砌結(jié)構中，內(nèi)力分配遵循“先時間，后剛度”的原則，即支護早施作早受力；同時承載條件下，剛度越大，其所承受的內(nèi)力也越大?！　?、在對噴射混凝土基準抗壓強度、初期強度、粘結(jié)強度以及抗?jié)B性能研究的基礎上，并結(jié)合國內(nèi)外相關的工程實踐，初步提出了用作單層襯砌的噴射混凝士力學性能控制指標?！　?、采用正交試驗設計法研究了影響松動圈大小的各種因素，按其重要程度從大到小排序依次為：隧道高跨比、圍巖強度比以及側(cè)壓力系數(shù)；將松動圈支護理論應用于鐵路隧道圍巖分級，提出了200km／h雙線高速鐵路隧道的圍巖分級表、單層襯砌支護參數(shù)表以及詳細的隧道單層襯砌設計原則和具體的設計流程，服務于單層襯砌設計?！　?

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