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《西南交通大学》 2007年
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隧道单层衬砌作用机理及设计方法研究

张俊儒  
【摘要】: 论文从研究隧道围岩稳定性入手,以数值模拟计算和现场测试为基本研究手段,对单层衬砌在工作过程中锚杆、喷混凝土以及其与围岩相互作用的力学原理进行了系统的阐述,并通过室内实验研究初步提出了用作单层衬砌的喷射混凝土力学性能控制指标,在此基础上提出了详细的隧道单层衬砌设计原则和具体的设计流程,最终应用于工程实践,初步形成一套具有理论支撑的单层衬砌设计方法。主要结论和成果如下: 1、研究了褶皱、断层等地质构造和地形对围岩稳定性的影响,并提出在N.Barton岩质评定系数Q值计算式中引入褶皱影响系数、断层影响系数以及地形影响系数,反映其影响程度的大小;引入屈服接近度对洞室围岩稳定性进行总体评价,并根据屈服接近度的大小对洞室稳定性进行了分级,分为:充分稳定、稳定、临界稳定以及不稳定四种。 2、提出了采用屈服接近度对围岩稳定性进行总体评价完成预设计,运用松动圈支护理论修正设计的单层衬砌设计思路,将隧道支护设计向准定量水平推进了一步,提高了设计的准确性。 3、通过数值模拟分析首次得到了围岩压力与围岩变形的全过程特征曲线;指出单层衬砌支护的主要对象是围岩破裂过程中的岩石碎胀变形或碎胀力。 4、结合围岩松动圈支护理论,研究了由单层喷射混凝土及锚杆构成的单层衬砌作用机理,并给出了相应的支护措施。喷射混凝土支护的受力机理分为两类:局部受力和整体受力;单体锚杆的作用机理在非连续性岩体中主要表现为悬吊或销钉作用,在连续性岩体中锚杆锚固力主要是峰后围岩碎胀变形与锚杆相互作用的结果。 5、引入接触力学对由多层混凝土构成的单层衬砌结构的作用机理进行了研究,并与复合衬砌结构进行了比较。在同等荷载条件下,支护结构的厚度相同时,单层衬砌结构比复合衬砌结构产生的内力小20%~50%;如产生的内力相等时,单层衬砌结构比复合衬砌结构的厚度可减薄1/5~1/4,隧道开挖量减少5%~8%。由多层混凝土构成的单层衬砌结构中,内力分配遵循“先时间,后刚度”的原则,即支护早施作早受力;同时承载条件下,刚度越大,其所承受的内力也越大。 6、在对喷射混凝土基准抗压强度、初期强度、粘结强度以及抗渗性能研究的基础上,并结合国内外相关的工程实践,初步提出了用作单层衬砌的喷射混凝土力学性能控制指标。 7、采用正交试验设计法研究了影响松动圈大小的各种因素,按其重要程度从大到小排序依次为:隧道高跨比、围岩强度比以及侧压力系数;将松动圈支护理论应用于铁路隧道围岩分级,提出了200km/h双线高速铁路隧道的围岩分级表、单层衬砌支护参数表以及详细的隧道单层衬砌设计原则和具体的设计流程,服务于单层衬砌设计。
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:U451.4

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【引证文献】
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4 郭亮;李俊才;张志铖;成守金;;地质雷达探测偏压隧道围岩松动圈的研究与应用[J];岩石力学与工程学报;2011年S1期
5 龚彦峰;张俊儒;;隧道单层衬砌设计方法研究及应用[J];岩土力学;2011年04期
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
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【参考文献】
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【共引文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【同被引文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前4条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
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中国博士学位论文全文数据库 前7条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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2 袁晨晨;南隧北桥拉近崇明[N];文汇报;2003年
3 记者 李仕兵 通讯员 康毅 祖群;十三局集团两项科技成果达到行业领先水平[N];中国铁道建筑报;2010年
4 通讯员 许连峰;哈达献给嘎隆拉[N];中国交通报;2010年
5 本报记者 李晓寒;建有青岛特色的地铁[N];青岛日报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 杜国平;纤维混凝土单层衬砌隧道稳定性研究[D];重庆大学;2013年
2 祝云华;钢纤维喷射混凝土力学特性及其在隧道单层衬砌中的应用研究[D];重庆大学;2009年
3 张俊儒;隧道单层衬砌作用机理及设计方法研究[D];西南交通大学;2007年
4 邓刚;高海拔寒区隧道防冻害设计问题[D];西南交通大学;2012年
5 沈威;圆形水工压力隧洞衬砌变形特性与限裂设计研究[D];大连理工大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王红英;隧道单层衬砌结构数值模拟研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2010年
2 周瑞峰;公路隧道单层衬砌结构设计方法研究[D];重庆交通大学;2011年
3 李培卿;青岛地铁单层衬砌水压力分布规律及防排水技术研究[D];北京交通大学;2012年
4 石广银;钢纤维喷射混凝土单层衬砌的工程特性研究及应用[D];西安建筑科技大学;2008年
5 季玮;用作永久单层衬砌喷混凝土的力学性能试验研究[D];西南交通大学;2007年
6 陈兵;隧道单层衬砌设计及工程可靠性研究[D];西南交通大学;2008年
7 吴瑞国;公路隧道围岩稳定性和单层衬砌力学机理的数值模拟研究[D];西南交通大学;2008年
8 周峰;隧道单层衬砌力学机理现场测试研究[D];西南交通大学;2007年
9 甘立松;隧道钢纤维混凝土单层衬砌动力响应研究[D];西南交通大学;2011年
10 钟启凯;地下圆形组合衬砌洞室在地震波下的动力反应分析[D];湖南大学;2009年
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