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《西安理工大学》 2010年
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黄土覆盖土、岩接触地层中隧道围岩变形特征及支护技术研究

雷权有  
【摘要】: 土、岩接触带是越岭隧道常出现的一种围岩条件。如已建神延铁路羊马河隧道,甘肃陇西新松树湾隧道,山西离军高速公路以及宝天高速公路隧道等都遇到了这种地层。土、岩接触带中由于结构面的存在,不仅使得隧道围岩力学性质发生显著变化,而且也导致水文地质条件发生改变。当隧道开挖穿越这种特殊地层时往往引起围岩变形过大或塌方问题,这就促使人们对土、岩接触带中隧道成洞时围岩的变形特征和稳定性应开展深入研究。 本文结合宝天高速公路黑岭段隧道工程,首先通过室内试验研究了黄土、砂岩以及土、岩接触面物理指标和力学性质;其次,通过建立土、岩接触带隧道计算模型,定量分析了隧道围岩变形规律和衬砌结构内力变化特征;再次,通过建立隧道开挖初期支护锁脚锚管的数值模型,分析了钢拱架锁脚作用机理和锁脚锚管的合理长度和打入角度;最后,通过土压力系数和围岩变形内表比探讨了隧道埋置的临界深度。主要得出以下成果: 1)土、岩接触面是一个软弱结构面,其抗剪强度主要取决于软弱黄土的强度特性。随着土、岩接触面处上覆黄土含水量的增加,接触面的粘聚力显著减小;摩擦角亦减小,且小于黄土的摩擦角。 2)土、岩接触带隧道围岩的变形主要表现为围岩沉降位移较大,不均匀沉降较明显;最大沉降位移位置一般在土、岩接触面土体侧。这种围岩变形导致隧道衬砌结构内力变化较大,主要表现为衬砌结构轴力和弯矩一般在土、岩接触面岩体侧较大。 3)提出了用土、岩接触面的倾角、面积比、刚度比和埋深来定量描述土、岩接触带的方法;分析了倾角、面积比、刚度比、埋深以及开挖方式对土、岩接触带隧道围岩变形规律和衬砌结构内力变化特征的影响。表明影响最大为埋深和开挖方式,其次是面积比、倾角和刚度比。 4)锚管的长度和角度对支护结构的内力均有较大的影响,适宜的长度和角度不仅有利于限制围岩的变形,而且有利于发挥支护结构的内力一般的土质隧道锁脚锚管宜取3.0m。锁脚锚管的打入角度宜取30°。 5)用土压力系数界定深、浅埋临界深度约为洞径的2倍;用围岩变形内表比界定深、浅埋临界深度为洞径的1.7~3.0倍。 6)在土、岩接触带中开挖隧道时,应适当加强洞周边土体侧的支护,尤其在土体侧拱肩处应加强支护,从而保证支护结构的变形统一均匀;应进行合理地布局分步开挖,减小对土层的扰动。提出了开挖方式和支护方案选取的原则,即“防止扰动,土为重点;土侧强支,拱肩加强”。
【学位授予单位】:西安理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:U455.7

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 张涛;软弱围岩隧道锁脚锚杆(管)支护特性研究[D];长安大学;2011年
2 侯俊敏;山岭隧道洞口段围岩变形特征及其控制技术研究[D];湘潭大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 王永岩;软岩巷道变形与压力分析控制及预测[D];辽宁工程技术大学;2001年
2 赵占厂;黄土公路隧道结构工程性状研究[D];长安大学;2004年
【共引文献】
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6 马超锋;李晓;成国文;赫建明;;大跨度公路隧道围岩动态分级的Bayes优化[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(中)[C];2012年
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10 张双茁;沈洪波;;六武路隧道LED“绿色照明”设计[A];运营安全与节能环保的隧道及地下空间建设第2届学术研讨会交流报告[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 魏风清;煤与瓦斯突出的物理爆炸模型及预测指标研究[D];河南理工大学;2010年
2 赵同彬;深部岩石蠕变特性试验及锚固围岩变形机理研究[D];山东科技大学;2009年
3 王猛;煤矿深部开采巷道围岩变形破坏特征试验研究及其控制技术[D];辽宁工程技术大学;2010年
4 张选利;柔性注压锚杆锚固特性研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
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6 张永安;滇中红层路堑边坡与路堤稳定性研究[D];昆明理工大学;2010年
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10 朱超;大瑞铁路罗家村隧道地质环境与工程稳定性研究[D];北京交通大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 苏发强;新义煤矿三软煤层巷道围岩稳定与支护技术研究[D];河南理工大学;2010年
2 何寿迎;黄岛LPG地下储库稳定性分析及支护设计优化[D];山东科技大学;2010年
3 魏明俐;深部软岩巷道围岩稳定性分析与控制技术研究[D];山东科技大学;2010年
4 宋秀群;高应力大断面破碎煤巷支护技术研究[D];山东科技大学;2010年
5 刘兆平;HS复合型软岩大断面硐室联合支护及施工技术研究[D];山东科技大学;2010年
6 刘心广;济二煤矿深部巷道支护技术及应用研究[D];山东科技大学;2010年
7 彭玉平;膨胀性充填裂隙水力特性数值模拟[D];郑州大学;2010年
8 李亚帮;膨胀性充填裂隙水力特性实验研究[D];郑州大学;2010年
9 胡志超;箱型钢筋混凝土倒虹吸非线性有限元分析[D];郑州大学;2010年
10 张美政;复合结构柔性反底拱应用于软岩峒室稳定性控制研究[D];山东农业大学;2010年
【同被引文献】
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1 范建海;张涛;郭刚;王元汉;;李师关隧道洞口滑坡发生机理与防治措施研究[J];地下空间与工程学报;2006年S2期
2 董永;张子新;;强度折减法进行公路隧道边仰坡稳定性分析[J];地下空间与工程学报;2007年S1期
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10 冯卫星;杨丙龙;杨宽;代维达;;大华岭隧道塌方处理方案研究[J];国防交通工程与技术;2008年02期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
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1 吴波;复杂条件下城市地铁隧道施工地表沉降研究[D];西南交通大学;2003年
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3 姜云;公路隧道围岩大变形的预测预报与对策研究[D];成都理工大学;2004年
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7 伍毅敏;软基隧道支护机理与病害防治技术研究[D];长安大学;2008年
8 黄先伍;巷道围岩应力场及变形时效性研究[D];中国矿业大学;2008年
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1 卓国平;隧道洞口段施工技术研究和原理分析[D];西南交通大学;2003年
2 刘清松;挤压性软弱围岩隧道大变形控制技术的研究[D];西南交通大学;2004年
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5 李海洋;高速公路软弱围岩隧道大变形数值模拟与应用研究[D];中国地质大学;2007年
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7 宗长龙;城市地铁隧道盾构施工对邻近建筑影响研究[D];广州大学;2007年
8 刘枫;隧洞开挖对邻近桩基影响的数值分析[D];大连理工大学;2007年
9 董永;公路隧道洞口边仰坡稳定性分析[D];同济大学;2008年
10 王婷;不良地质条件下大跨度隧道洞口施工关键技术[D];北京交通大学;2008年
【二级引证文献】
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1 黄强;基于黏弹性理论的隧道围岩应力分析研究[D];武汉理工大学;2012年
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1 张智勇;软弱围岩隧道空间位移规律研究[D];石家庄铁道大学;2013年
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【二级参考文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 赵占厂;黄土公路隧道结构工程性状研究[D];长安大学;2004年
2 夏旺民;黄土弹塑性损伤本构模型及工程应用研究[D];西安理工大学;2005年
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1 王文正;公路双连拱隧道开挖方法及施工过程数值模拟研究[D];长安大学;2003年
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10 裴海淇;;小湾水电站引水发电系统地下厂房安全监测及施工期监测成果[A];隧道、地下工程及岩石破碎学术研讨会论文集[C];2007年
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8 通讯员 南鹏超 记者 李艳;襄渝铁路二线新蜀河隧道提前贯通[N];陕西日报;2009年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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7 岳顺;隧道围岩动力稳定性研究与时间序列建模分析[D];重庆大学;2009年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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5 陈锴;上官隧道施工变形监测与分析[D];华中科技大学;2010年
6 刘武麟;临近断层回采巷道围岩变形特征及支护技术研究[D];山东科技大学;2010年
7 余梦科;基于Web技术的隧道施工监控及围岩变形预测分析系统的研究与实践[D];中南大学;2012年
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9 侯俊敏;山岭隧道洞口段围岩变形特征及其控制技术研究[D];湘潭大学;2012年
10 杜虎;浅埋软岩隧道围岩变形规律和支护受力特性研究[D];北京交通大学;2014年
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