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《武汉理工大学》 2012年
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基于黏弹性理论的隧道围岩应力分析研究

黄强  
【摘要】:我国三分之二的国土面积是山地和丘陵,随着经济的高速发展,我国铁路和公路隧道也进入的高速发展时期,已经成为世界上隧道最多的国家。分析黏弹性围岩条件下隧道开挖围岩内部的应力、位移变化规律,研究“围岩—初次衬砌—二次衬砌”之间的作用关系和围岩荷载在围岩和支护结构中传递和分配的规律是目前隧道开挖理论中的一个重要课题。同时,隧道开挖过程中的稳定性预测依赖于监测数据,基于反演目的对监测监控方案进行优化,建立多信息源的反演理论,可以为隧道稳定性分析提供更加接近实际的反演结果。 本文在视围岩为黏弹性体,以研究隧道开挖过程中围岩和支护结构应力与变形规律为目标,在分析不同开挖方式、不同支护结构的围岩应力和变形的的基础上,利用敏感性分析对隧道监测方案进行优化,进行隧道模型和参数的反演,建立以应变作为基础信息的反演分析方法。 (1)在弹性和黏弹性隧道解析解的基础上,推导出在考虑洞周位移条件下圆形黏弹性隧道的围岩和支护结构的解析解,定义了位移增量释放率和应力增量释放率并分析二者之间的关系,即在均匀受压条件下二者相等,可以利用围岩-初衬支护体系中应力增量判定围岩的稳定性,并依此确定施做二次衬砌的时机。 (2)通过对不同围岩条件下的隧道进行三维数值模拟和分析,研究隧道开挖过程中围岩的位移、应力、应变及其释放率与开挖面位置、岩质之间的关系,研究了双向开挖贯通式隧道位移释放的情况。 (3)软弱围岩隧道的修建往往需要一些临时支护结构提高围岩的稳定性,而软弱围岩往往表现出较强的流变性,所以有必要对黏弹性条件下临时支护对围岩和支护结构的影响进行研究,本文主要研究锁脚锚杆和临时仰拱对隧道拱顶沉降、洞周收敛的作用以及时间与开挖步骤对支护效果的影响。 (4)分析了监控量测各个项目的特点,提出了进行现场应变监测的方法,利用敏感性分析研究黏弹性围岩条件下监测方案优化理论,建立应变反分析的方法体系。 主要创新点: (1)推导出在考虑洞周位移条件下圆形黏弹性隧道的围岩和支护结构的解析解,定义了位移增量释放率和应力增量释放率并分析二者之间的关系,并提出可以依据应力增量释放情况确定施做二次衬砌的时机。 (2)提出利用钢弦式传感器进行围岩内部应变监测的方法,初步建立以应变作为基础信息的反分析理论体系,确定试验设计应变反分析的实验评价指标,应变智能反分析方法和优化反分析法的目标函数。 (3)对黏弹性条件下锁脚锚杆和临时仰拱两种临时支护形式的支护效果进行研究,得到了临时支护效果和施工时间之间的关系。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:U451.2

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【引证文献】
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【参考文献】
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【同被引文献】
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