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《西南交通大学》 2012年
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滑向及轴线斜交条件下滑坡与隧道结构相互作用研究

张靓  
【摘要】:西部地区地形条件和地质结构均较为复杂,在无法绕避的情况下,需在滑坡等不良地质地段修建公路或铁路隧道,已建成的傍山隧道也会因山体变形滑动等原因,发展成为病害隧道,即本文所论述的滑坡隧道。 目前,滑坡隧道的研究内容主要包括隧道轴线与滑坡走向平行及垂直两种情况。针对目前研究现状,本文主要研究隧道轴线与滑坡走向成大角度斜交情况。通过理论公式推导和数值模拟分析,主要研究围岩与隧道的相互作用机理,并分析作用于衬砌的滑坡推力分布情况及隧道本身的变形规律,根据具体分析,探讨了治理方案中锚索与水平面以及隧道断面夹角的最优值。本文主要研究成果如下: (1)因围岩与衬砌的相互作用机理不尽相同,滑坡隧道类型也有所不同,因此,本文首先对滑坡隧道进行分类: ①根据滑坡走向与隧道轴线夹角,将滑坡隧道分为平行、垂直及斜交三种工况; ②根据滑面与隧道相对位置关系,可分为隧道在滑床内,隧道与滑面相交,隧道在滑体内三种情况; ③根据滑面的数目,可将滑坡分为单一滑面和多级滑面两种形式。 (2)阐述了滑坡的5类成因及影响隧道变形开裂的4种因素,在此基础之上,归纳出滑坡隧道四类地质力学模型:坐船推移型、抗滑剪切型、松弛挤压型及坐船抗滑复合型,并剖析了4种滑坡隧道的变形特征。 (3)分别分析滑坡走向与隧道轴线平行和垂直两种情况,得出隧道和围岩的相互作用机理以及隧道的破坏方式,并提出本文研究的斜交滑坡隧道。可对斜交滑坡隧道所受的滑坡推力进行分解,即分解为平行于隧道轴线和垂直于隧道轴线两个垂直方向的分力。通过引入滑坡推力空间分布函数,提出作用于隧道衬砌的空间滑坡推力计算方法,并分析滑坡推力分布、隧道衬砌内力及锚索拉力,研究了围岩与衬砌的相互作用机理。斜交滑坡隧道的变形可概括为以下三类:弯曲变形、轴向拉压变形及剪切变形。 (4)以贝尔隧道为工程实例,通过将该理论应用于工程实践,具体阐述该理论的计算方法。分析计算结果可得出以下结论:坡面最陡且覆盖层最厚的断面为主滑断面;衬砌所受滑坡推力最大值不再位于隧道轴线与主滑方向的交点处,而是位于二者交点偏向隧道出口轴线处,并沿隧道轴向自主滑断面向两侧递减。 (5)利用有限元软件ABAQUS对贝尔隧道进行数值模拟,隧道横断面设8个监测点,分别分析各监测点沿隧道轴线,在隧道轴向方向、断面的水平方向以及竖直方向的变形规律;并分析隧道加固效果的影响因素,即锚索与隧道横断面夹角及其与水平面夹角两个因素,最终确定锚索最优角度:将数值模拟结果与理论计算进行对比分析,进而验证理论的正确性。
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:P642.22;U451

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【参考文献】
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