【博士】隧道單層襯砌作用機(jī)理及設(shè)計(jì)方法研究【2007】

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　　學(xué)科專(zhuān)業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：西南交通大學(xué)　　學(xué)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(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試為基本研究手段，對(duì)單層襯砌在工作過(guò)程中錨桿、噴混凝土以及其與圍巖相互作用的力學(xué)原理進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述，并通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究初步提出了用作單層襯砌的唉射混凝土力學(xué)性能控制指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上提出了詳細(xì)的隧道單層襯砌設(shè)計(jì)原則和具體的設(shè)計(jì)流程，最終應(yīng)用于工程實(shí)踐，初步形成一套具有理論支撐的單層襯砌設(shè)計(jì)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(gòu)造和地形對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響，并提出在N．Barton巖質(zhì)評(píng)定系數(shù)Q值計(jì)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??；引入屈服接近度對(duì)洞室圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行總體評(píng)價(jià)，并根據(jù)屈服接近度的大小對(duì)洞室穩(wěn)定性進(jìn)行了分級(jí)，分為：充分穩(wěn)定、穩(wěn)定、臨界穩(wěn)定以及不穩(wěn)定四種?！　?、提出了采用屈服接近度對(duì)圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行總體評(píng)價(jià)完成預(yù)設(shè)計(jì)，運(yùn)用松動(dòng)圈支護(hù)理論修正設(shè)計(jì)的單層襯砌設(shè)計(jì)思路，將隧道支護(hù)設(shè)計(jì)向準(zhǔn)定量水平推進(jìn)了一步，提高了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性?！　?、通過(guò)數(shù)值模擬分析首次得到了圍巖壓力與圍巖變形的全過(guò)程特征曲線；指出單層襯砌支護(hù)的主要對(duì)象是圍巖破裂過(guò)程中的巖石碎脹變形或碎脹力。　　4、結(jié)合圍巖松動(dòng)圈支護(hù)理論，研究了由單層噴射混凝±及錨桿構(gòu)成的單層襯砌作用機(jī)理，并給出了相應(yīng)的支護(hù)措施。唼射混凝土支護(hù)的受力機(jī)理分為兩類(lèi)：局部受力和整體受力；單體錨桿的作用機(jī)理在非連續(xù)性巖體中主要表現(xiàn)為懸吊或銷(xiāo)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(xué)對(duì)由多層混凝土構(gòu)成的單層襯砌結(jié)構(gòu)的作用機(jī)理進(jìn)行了研究，并與復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較。在同等荷載條件下，支護(hù)結(jié)構(gòu)的厚度相同時(shí)，單層襯砌結(jié)構(gòu)比復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的內(nèi)力小20‰50％：如產(chǎn)生的內(nèi)力相等時(shí)，單層襯砌結(jié)構(gòu)比復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)的厚度可減薄1／5～1，4，隧道開(kāi)挖量減少5‰8％。由多層混凝土構(gòu)成的單層襯砌結(jié)構(gòu)中，內(nèi)力分配遵循“先時(shí)間，后剛度”的原則，即支護(hù)早施作早受力；同時(shí)承載條件下，剛度越大，其所承受的內(nèi)力也越大?！　?、在對(duì)噴射混凝土基準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度、初期強(qiáng)度、粘結(jié)強(qiáng)度以及抗?jié)B性能研究的基礎(chǔ)上，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)的工程實(shí)踐，初步提出了用作單層襯砌的噴射混凝士力學(xué)性能控制指標(biāo)。　　7、采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法研究了影響松動(dòng)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(qiáng)度比以及側(cè)壓力系數(shù)；將松動(dòng)圈支護(hù)理論應(yīng)用于鐵路隧道圍巖分級(jí)，提出了200km／h雙線高速鐵路隧道的圍巖分級(jí)表、單層襯砌支護(hù)參數(shù)表以及詳細(xì)的隧道單層襯砌設(shè)計(jì)原則和具體的設(shè)計(jì)流程，服務(wù)于單層襯砌設(shè)計(jì)。　　

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