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【博士】山嶺隧道開挖災(zāi)害預(yù)防與控制技術(shù)研究【2008】

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內(nèi)容簡介

  學(xué)科專業(yè):巖土工程  授予學(xué)位:博士  學(xué)位授予單位:中南大學(xué)  學(xué)位年度: 2008年  隨著公路建設(shè)大力發(fā)展高等級公路和完善中西部公路網(wǎng)交通工程的不斷進行,高速公路和高等級公路的建設(shè)逐漸從平原、微丘區(qū)向山嶺重丘區(qū)等地延伸,公路隧道的建設(shè)越來越不可避免,并且在公路建設(shè)中所占的比重越來越高。在這種發(fā)展趨勢下,由于山區(qū)復(fù)雜的應(yīng)力場環(huán)境和不同巖體結(jié)構(gòu)條件,隧道開挖施工過程中不可避免的會遇到許多工程災(zāi)害問題。本文在湖南省交通科技項目和國家自然科學(xué)基金重大項目資助下,對山嶺公路隧道在開挖施工、建設(shè)過程中所遇到的工程災(zāi)害問題進行了系統(tǒng)研究。主要研究內(nèi)容和成果如下:  (1)基于距離判別分析理論,考慮影響隧道圍巖類別的定性和定量因素,選用7項指標作為判別因子,利用大量工程實例的數(shù)據(jù)作為學(xué)習(xí)樣本,建立了隧道圍巖類別判定的距離判別分析模型,并利用回代估計法進行檢驗。研究結(jié)果表明,該模型比較穩(wěn)定,判別能力較強。將該模型運用實際公路隧道工程的圍巖類別判定中,判別結(jié)果和實際情況一致。  (2)基于Bayes判別分析理論,從圍巖應(yīng)力、巖性和能量三個方面出發(fā),選定圍巖最大切向應(yīng)力與巖石單軸抗壓強度之比、巖石單軸抗壓強度與抗拉強度之比和彈性能量指數(shù)作為巖爆預(yù)測的判別指標,利用國內(nèi)外大量典型地下工程巖爆實測資料作為學(xué)習(xí)樣本,建立了巖爆發(fā)生可能性及其烈度分級預(yù)測的Bayes判別分析模型。將該模型運用到國內(nèi)深埋公路隧道的巖爆預(yù)測中,判別結(jié)果完全符合現(xiàn)場巖爆情況,為巖爆預(yù)測問題提供了一條有效途徑?! ?3)利用有限差分軟件FLAC3D,對富水地段公路隧道進行三維流固耦合分析,考慮了地下水滲流作用對公路隧道的開挖影響,研究了隧道開挖地下水滲流分布規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn):圍巖孔隙水壓力場分布隨隧道開挖逐步發(fā)展成一個以隧道開挖區(qū)域為中心的近似于滲水漏斗的分布形狀,圍巖類別和隧道埋深對滲流場的分布形式影響不大,流動矢量表明連拱隧道開挖后滲漏水多發(fā)部位主要集中在拱部和邊墻上,在隧道施工中做好地下水的良性排放十分必要?! ?4)分析了各種工程狀況:圍巖類別、隧道埋深、地下水水位、施工工法以及偏壓對隧道穩(wěn)定性的影響。研究結(jié)果表明:圍巖類別對隧道穩(wěn)定性的影響最大。同一類別圍巖在相同的施工工藝情況下,埋深越大,圍巖的穩(wěn)定性越不利,圍巖塑性區(qū)分布范圍隨埋深的增大而增加。山體初始地下水位對公路隧道圍巖的穩(wěn)定性存在一定影響,隨著地下水位的下降,隧道拱底涌起量基本呈線性減少,且遞減幅度較大。圍巖塑性區(qū)分布范圍也隨地下水位的下降而減少。通過支護結(jié)構(gòu)受力分析,發(fā)現(xiàn)連拱隧道中拱墻和仰拱的接觸部位噴射混凝土層的局部受力較大,因此,在初期支護達到一定強度后,應(yīng)盡早實施二次襯砌,以避免發(fā)生局部開裂破壞而導(dǎo)致隧道滲水等不良病害現(xiàn)象?! ?5)根據(jù)理論研究成果,提出了一系列針對性極強的防排水綜合控制技術(shù)措施,具體包括:富水段超前地質(zhì)預(yù)報、超前環(huán)向孔帷幕注漿堵水技術(shù)、噴射抗?jié)B混凝土、新型粘貼式集水排水系統(tǒng)、隧道底板涌水的盲溝集排水等技術(shù),并把這些防排水措施與初始防排水設(shè)計和地下工程防水技術(shù)規(guī)范要求緊密結(jié)合,通過現(xiàn)場實施證明,取得了良好的防排水效果。首次提出的隧道工程新型粘貼式集排水系統(tǒng),利用泄水孔與彈性集水槽相結(jié)合,圍巖的滲水流入集水槽,然后引入環(huán)向或縱向排水盲管,該系統(tǒng)的集水率達到85%,使得噴射混凝土和防水布安裝在無水或小水條件下進行,提高了其施工質(zhì)量,增強了隧道防排水效果,具有較大的推廣應(yīng)用前景?! ?6)利用連拱隧道周邊位移監(jiān)控量測結(jié)果對連拱隧道圍巖.支護系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行了分析。從量測斷面的水平位移收斂歷程基本類似,收斂曲線最終全部趨于收斂,最終收斂位移相差相對較小。利用修正的雙曲線函數(shù),對隧道左右洞室總體的水平收斂位移進行了回歸分析,分析結(jié)果完全滿足各項設(shè)計規(guī)范的規(guī)定。最后針對位移判別具有不確定性的特點,利用模糊概率方法對隧道的整體穩(wěn)定程度進行了分析?! ?

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發(fā)布:2007-11-24 12:37    編輯:泛普軟件 · xiaona    [打印此頁]    [關(guān)閉]
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