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《北京交通大学》 2011年
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厦门翔安海底隧道风化槽衬砌结构稳定性研究

郭小红  
【摘要】:本文以厦门翔安海底隧道风化槽衬砌的设计与施工为背景,围绕海域风化深槽围岩力学特性、隧道施工工法和长期稳定性及可靠性等关键技术难点,开展系统的室内应力渗流耦合三轴试验、应力渗流耦合流变试验,研究风化槽围岩的非线性力学特性和流变机理,建立适合厦门翔安海底隧道风化槽围岩特征的本构模型,并开展风化槽段隧道的合理施工工法及防排水方案研究、围岩变形现场监控量测及反演分析研究。在上述研究基础上,建立三维计算模型,对风化槽段隧道衬砌结构的长期稳定性及可靠性进行了计算和评价。论文的主要研究成果如下: (1)强风化花岗岩渗流应力耦合特性研究。通过风化槽段强风化花岗岩渗流应力耦合的三轴试验,对厦门海底隧道海域风化深槽的围岩力学特性开展系统的研究,建立应变硬化的风化槽围岩力学模型;通过强风化花岗岩渗流应力耦合的三轴流变试验,建立蠕变损伤力学模型,该模型能很好地反映不同应力水平下蠕变速率的变化趋势。 (2)海底隧道风化槽段的合理施工工法及衬砌结构受力特征研究。应用建立的风化槽围岩力学模型,数值仿真全断面帷幕注浆、超前管棚、小导管支护和台阶法、CRD工法及双侧壁导坑工法开挖下隧道围岩的稳定性,通过对比研究提出CRD工法是风化槽隧道施工最优工法;研究风化槽段在不同防排水方案下隧道衬砌的外水压力特征;研究渗流应力耦合作用下潮汐荷载对隧道衬砌和围岩稳定性的影响;应用荷载结构法理论研究海底隧道在不利荷载组合作用下的轴力、弯矩和偏心距特征,并对不同衬砌厚度条件下的衬砌结构的安全性进行校核,提出工程可行的最优衬砌厚度。 (3)厦门翔安海底隧道围岩变形的监控量测、反馈分析及长期稳定性预测。根据风化槽围岩现场位移监控量测的研究成果,采用Nelder-Mead法与有限元联合反演法,反演风化槽围岩的力学参数,结合流变力学试验成果,通过三维数值仿真对海底隧道围岩和衬砌结构的长期稳定性进行预测。 (4)厦门翔安海底隧道地下结构支护可靠性研究。在改进的蒙特卡罗法的基础上,采用能明显节省样本数量,并能产生任意大小维数的分层—拉丁超立方复合抽样方法,自行编制了基于改进的蒙特卡罗法的Matlab-Abaqus联合实现的有限元可靠度计算程序;应用荷载结构法和连续介质力学方法,对厦门海底隧道衬砌支护的长期可靠性进行计算分析。计算结果表明:翔安海底隧道的衬砌结构设计安全可靠。
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:U451.4

【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 通讯员 姜书范 伍振;大陆首座海底隧道右线贯通[N];建筑时报;2009年
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6 记者 向杰 通讯员 孔祥文;我国自主设计首条海底隧道全线贯通[N];科技日报;2009年
7 本报专稿 霍然;从首尔钻海底隧道抵北京?[N];世界报;2009年
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