【摘要】：隨著黃土隧道開挖斷面和跨度的不斷增大,黃土的濕陷性對隧道變形和受力的影響越來越突出,因此對黃土隧道的基底應力研究就顯得尤為必要。在西北大多數(shù)區(qū)域內,黃土的各種結構特征表達較好,為此西北地區(qū)是我國黃土最具權威性區(qū)域。一般進行的山嶺隧道開挖支護中,能更好的發(fā)揮圍巖的自身穩(wěn)定性能,最大限度的降低支護結構所受的應力,圍巖開挖后可以允許其有少量變形收斂,將部分的應力可以釋放。但這種情況在黃土地區(qū)較為不宜,因為其強度較低,自身的承載能力較差,對此進行的黃土的基底應力特征研究有較為最要的意義。本文以“蘭秦快速路”的付家窯1#隧道為依托,以扁平大跨度黃土隧道為背景,采用室內試驗、現(xiàn)場應力測試以及數(shù)值模擬手段來分析黃土隧道的圍巖特性以及施工過程中圍巖的基底應力和變形特征。論文的主要工作和成果如下:(1)通過對現(xiàn)場取樣進行系統(tǒng)的室內試驗,分析了黃土隧道圍巖濕陷系數(shù)與壓力的關系、增濕過程壓縮變形性狀以及濕陷性黃土的抗剪強度指標等特征,伴隨著濕度與壓力的變化,黃土濕陷變形的整個過程曲線由三段與兩個轉折點組成。在第一個轉折點之前,代表結構強度發(fā)揮的階段是壓密階段,結構所破壞的濕陷階段在兩個轉折點之間,第二轉折點之后則是新的結構形成的固結階段,三階段的發(fā)展變化因素主要是作用壓力和增濕條件。這些實驗為分析黃土隧道的圍巖變形及受力奠定了基礎。(2)通過扁平大跨度黃土隧道基底接觸壓力、基底土中應力的現(xiàn)場監(jiān)測,并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析,得出隧道仰拱與邊墻結合部位的圍巖壓力與基底土中應力最大,基底接觸壓力最大達到197kPa,而基底土中應力最大達到79.21kPa,說明扁平大跨度隧道基底的受力關鍵部位位于邊墻與仰拱的結合處。(3)隧道基底含水率的測試結果顯示該隧道基底最大含水率為6%,表明測試斷面基底黃土圍巖含水率較低,有利于隧道基礎的穩(wěn)定,但是由于隧道施工過程的進行,支護結構周邊圍巖的含水情況可能會發(fā)生變化,因此需要對隧道基底含水率進行長期的監(jiān)測。(4)通過圍巖物理力學參數(shù)室內試驗獲取了圍巖的相關力學參數(shù),在此基礎之上利用有限元數(shù)值模擬方法對隧道的整個開挖過程進行數(shù)值模擬,能夠有效的分析圍巖變形及受力特征。計算結果表明隧道開挖后最大拱頂沉降為19.4cm,最大水平位移為8.5cm;最終圍巖最大豎向壓應力為0.957MPa,最大橫向壓應力為0.556MPa,豎向無拉應力,最大橫向拉應力為0.018MPa。(5)圍巖應力隨施工過程變化的研究表明,在CRD法施工過程中,由于各支撐結構將隧道開挖斷面分隔成多個小的斷面,具有很好的穩(wěn)定性,圍巖受到的豎向和橫向力隨施工階段進行變化較小。結合現(xiàn)場測試斷面?zhèn)鞲衅髀裨O時的實際情況,測試斷面兩端實際為加固后的復合地基,其整體剛度相對測試斷面處原始地基的剛度大,最終會導致隧道基底接觸壓力,基底圍巖中的實際應力相對偏低,其最終影響程度有待進一步分析,總結其影響程度。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：蘭州交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U451

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本文編號：2261929