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滑坡地段隧道变形机理及灾害预测和治理研究

陶志平  
【摘要】:在山区铁路中,有很多隧道都修建在山体斜坡内,这些隧道常常会发生变形开裂等病害。调查表明,隧道变形病害与所在斜坡出现滑坡现象密切相关,并且已严重危及铁路行车安全。针对这一问题,本文开展了滑坡地段隧道变形机理和灾害预测、防治方面的研究工作。 在滑坡地段隧道变形机理的理论研究方面。本文在对近30座施工和运营隧道进行调研的基础上,研究了滑坡体的结构、滑坡的成因、隧道与滑面的相对位置关系及相应的隧道变形特征,提出了隧道与滑面相对位置关系是决定隧道变形特征主要因素的观点,并分析了隧道处于滑坡体内不同位置时的受力模式,建立了分析滑坡与隧道变形相互关系的4类地质力学模型。在此基础上,通过解析计算、数值模拟分析和模型试验等手段用不同的方法详细探讨了滑坡与隧道变形的相互作用机理。取得的成果有助于建立完整的滑坡地段隧道变形理论,同时可为制定有效的工程措施提供理论指导。 在隧道变形和滑坡灾害预测预报研究方面。本文将灰色系统理论应用于滑坡地段隧道变形的预测研究,建立了隧道变形预测的灰色等维新息模型。并与数值模拟分析相结合,建立了以隧道变形预测为引导,进而对滑坡灾害进行预测的关联预测模式。这种方法既可单独对隧道变形进行预测,又可根据需要对滑坡灾害进行关联预测,而且需要的原始数据量少,建模方便,分析汁算方法也比较简单,便于工程单位应用。实例分析表明,本文建立的灰色预测模型和关联预测模式是可靠有效的。 在隧道变形和滑坡灾害防治措施研究方面。本文对滑坡地段隧道变形整治的工程措施进行了研究,提出了防治措施应与隧道的变形特征结合起来的观点,并给出了具体的选择方法。针对目前国内常用的滑坡推力计算方法—传递系数法存在的不足,提出了改进算法。改进的传递系数法同时考虑了滑体重量增加和滑面强度降低两个不利因素,较好地解决了目前强度储备法计算出的滑坡推力偏小和超载法力学含义不明确的问题。算例分析表明,改进后的传递系数法的计算结果对于滑坡的安全设计是有利的。针对滑坡地段隧道变形整治中抗滑桩设计的特殊性,提出了滑坡地段隧道变形整治中几类抗滑桩的适用条件和确定抗滑桩合理位置的方法,对隧道变形整治中抗滑桩的合理有效设计具有重要的指导意义。同时,对普通抗滑桩、预应力锚索抗滑桩和预应力锚索地梁等几种主要工程措施的设计计算方法进行了讨论,方便 西南交通大学博士研究生学位论文 第IV页 工程部门在设计时参考。 随着国民经济的快速发展和国家西部大开发战略的实施,将有越来越多 的铁路干线在山区投入建设,斜坡隧道的数量也将不断增加,可以预见,斜 坡地段因滑坡引起的隧道变形这类复杂的岩土工程问题将不可避免地大量出 现。本文的研究成果将为运营隧道的防灾减灾、智能化管理系统的建立以及 拟建隧道设计和施工方法的优化提供重要的理论依据。


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