【摘要】：廣泛存在的層狀巖體由于自身結(jié)構(gòu)的各向異性,復(fù)雜多變的破壞模式,因此對其地質(zhì)體內(nèi)洞室圍巖的穩(wěn)定問題的解決一直是巖土工程界面臨的挑戰(zhàn),對其穩(wěn)定性的研究也是學(xué)術(shù)界關(guān)注的重要課題。本文以忠萬高速東橋隧道為工程背景,建立層狀巖體結(jié)構(gòu)的隧道模型,并采用有限差分方法模擬該隧道進(jìn)口段(順傾開挖)和出口段(反傾開挖)的圍巖穩(wěn)定情況以及順傾開始段的錨桿支護(hù)方位角度的優(yōu)化設(shè)計研究。由于相關(guān)文獻(xiàn)多側(cè)重對層狀巖體順傾及反傾邊坡的穩(wěn)定性及破壞模式的研究、或開挖隧道與巖層走向平行及與走向無關(guān)時各種因素對隧道圍巖穩(wěn)定性及支護(hù)的研究,本論文則從另一視角即當(dāng)開挖隧道軸線與巖層傾向平行時的圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行分析。(1)定義當(dāng)隧道開挖方向與巖層傾向方向一致時為順傾開挖,反之為反傾開挖,其力學(xué)模型可采用懸臂組合梁進(jìn)行分析,對于同一埋深處的隧道拱頂,順傾開挖時比反傾開挖時需要的抗剪強(qiáng)度更大,在同一層面處,順傾開挖相較于反傾開挖更易于發(fā)生沿層面的剪切滑移。(2)采用有限差分法進(jìn)行數(shù)值模擬,得到各個斷面的的應(yīng)力場、位移場和塑性區(qū)范圍的模擬結(jié)果,并分析得出順傾開挖時掌子面臨空方向隧道圍巖的應(yīng)力集中程度、位移變形量和塑性區(qū)范圍均比反傾開挖時的大;由于東橋隧道設(shè)計為分離式隧道,且兩隧道設(shè)計線間距22m,即兩隧道間凈距不小于1.0D,因此兩隧道間夾巖的塑性區(qū)還未貫通,隧道兩洞之間影響較小。(3)從現(xiàn)場監(jiān)測的數(shù)據(jù)可得出,進(jìn)口順傾開挖段的圍巖變形量較出口反傾開挖段的大。掌子面通過監(jiān)測里程斷面后,該斷面隨著掌子面的推進(jìn)其圍巖變形也呈現(xiàn)出快速發(fā)展、變形緩慢、趨于穩(wěn)定幾個階段,且不管何種開挖方向,在掌子面后方約2~2.84倍洞徑處圍巖變形量已無明顯增加。(4)針對東橋隧道進(jìn)口段隧道圍巖的變形特點,對順傾開挖時的錨桿支護(hù)方位角度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計研究,通過數(shù)值模擬并分析各優(yōu)化方案下隧道圍巖及初襯位移、錨桿受力情況得出:當(dāng)錨桿打入的角度不同對開挖引起的圍巖位移及應(yīng)力有較大影響,當(dāng)打入方位偏向傾向一側(cè),且角度垂直于巖層層面時即巖層層面法向錨桿的錨固效果最好,其次為豎直錨桿;當(dāng)錨桿打入方位為反傾側(cè)且偏離垂直巖層方向的角度越大時的錨固效果越差。
【圖文】：

A、B、C、D、G1、G2的表達(dá)式如下：E1、、μ1-層面切向彈性模量（Ｐａ）、剪切模量（Ｐａ）、泊、μ2-層面法向彈性模量（Ｐａ）、剪切模量（（Ｐａ）、泊松系進(jìn)行如圖 2.7 所示的轉(zhuǎn)換，定義基準(zhǔn)面 xOy 平面 y 軸正方 平面內(nèi)投影線間的夾角為 α，且沿著傾向逆時針為正方向；的夾角為層面傾向角 β。則矩陣[De]進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換后計算

圖 1.2 水平層狀巖體中的隧道頂破壞以及錨固后的隧道洞頂Fig 1.2Roof failure in horizontal layered rock mass and the tunnel roof after anchor②緩傾層狀巖體隧道破壞機(jī)制在緩傾斜巖層中挖掘隧道時，需要考慮隧道軸線與巖層走向間的夾角。①當(dāng)者之間的相互垂直時，開挖的隧道壁可保持相對穩(wěn)定狀態(tài)，，而隧道拱頂會因為為因素造成層面間相互切割，使得圍巖在重力作用 下易發(fā)生楔形體塊體掉落（1.3）；②但兩者之間相互平行時（圖 1.4），在隧道拱頂同樣會發(fā)生楔形體塊體落，且當(dāng)巖層傾角大于摩擦角時更易發(fā)生整體向下的滑移，此時支護(hù)結(jié)構(gòu)將承著不對稱壓力。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U452.12

【參考文獻(xiàn)】

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1 李斌;許夢國;劉艷章;王平;;三軸條件下完整巖石Hoek-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則的改進(jìn)[J];采礦與安全工程學(xué)報;2015年06期

2 卓莉;何江達(dá);謝紅強(qiáng);肖明礫;;基于Hoek-Brown準(zhǔn)則確定巖石材料強(qiáng)度參數(shù)的新方法[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報;2015年S1期

3 謝良濤;嚴(yán)鵬;范勇;盧文波;陳明;周創(chuàng)兵;;鉆爆法與TBM開挖深部洞室誘發(fā)圍巖應(yīng)變能釋放規(guī)律[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報;2015年09期

4 吳順川;耿曉杰;高永濤;趙國軍;李健;嚴(yán)瓊;;基于廣義Hoek-Brown準(zhǔn)則的隧道縱向變形曲線研究[J];巖土力學(xué);2015年04期

5 吳創(chuàng)周;石振明;付昱凱;楊林德;李秋實;;綠片巖各向異性蠕變特性試驗研究[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報;2014年03期

6 蘇永華;何新亮;羅正東;;基于強(qiáng)度折減法的隧道圍巖穩(wěn)定性研究[J];水文地質(zhì)工程地質(zhì);2014年01期

7 徐敬賓;楊春和;吳文;郭印同;王磊;;頁巖力學(xué)各向異性及其變形特征的試驗研究[J];礦業(yè)研究與開發(fā);2013年04期

8 左雙英;葉明亮;唐曉玲;續(xù)建科;史文兵;;層狀巖體地下洞室破壞模式數(shù)值模型及驗證[J];巖土力學(xué);2013年S1期

9 王洋;劉貴有;琚遠(yuǎn)航;吳洪濤;楊鋒;;雅克夏雪山隧道涌水涌碴防治研究[J];西南公路;2013年02期

10 霍玲;;高寒高海拔隧道施工機(jī)械配套技術(shù)[J];山西建筑;2013年05期

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1 吳渤;層狀巖體隧道圍巖擾動區(qū)演化與錨固機(jī)理研究[D];中國地質(zhì)大學(xué);2016年

2 曾杰;深埋硬巖隧道圍巖穩(wěn)定性研究[D];重慶大學(xué);2011年

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1 崔智昊;張涿高速公路隧道圍巖穩(wěn)定性評價與支護(hù)對策研究[D];長安大學(xué);2016年

2 王和平;層狀反傾向巖質(zhì)邊坡破壞機(jī)理研究[D];長安大學(xué);2015年

3 蔡靜森;均質(zhì)等厚反傾層狀巖質(zhì)邊坡傾倒變形機(jī)理研究[D];中國地質(zhì)大學(xué);2013年

4 伍冬;山嶺隧道圍巖壓力計算方法及其適用性研究[D];北京交通大學(xué);2012年

5 何曉東;軟巖隧道圍巖穩(wěn)定性與塌方處置措施分析[D];長安大學(xué);2009年

6 尹建軍;隧道開挖的空間效應(yīng)規(guī)律及其應(yīng)用[D];湖南大學(xué);2009年

7 張輝;高速公路隧道施工階段圍巖動態(tài)分級系統(tǒng)研究[D];長沙理工大學(xué);2007年

8 冷景巖;順傾層狀巖石路塹邊坡失穩(wěn)與加固的應(yīng)用研究[D];鐵道部科學(xué)研究院;2005年

本文編號：2704275