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边坡滑坡与隧道相互作用测试及三维数值模拟研究

杨海书  
【摘要】:目前,新奥法施工已被广泛应用,现场测试也已被普遍重视,但由于地形地质的复杂性和难预测性,以及施工管理人员的参差不齐,以致在隧道建设过程中滑坡塌方屡见不鲜,尤其在边坡和极差地质条件下。因此,探索边坡、围岩和隧道结构的变形规律和相互作用的关系,最大程度的防止事故发生,具有非常重要的意义。 本文主要依托宁武高速公路宁德段A1标段福安隧道建设工程作为研究背景,通过从长期的现场观察到现场试验,从平面模拟到三维数值模拟,从边坡滑坡与隧道的关系到滑坡灾害治理措施的选择,这一系列的研究分析工作,主要获得了以下结论和成果: 1、分析了隧道塌方机理和边坡稳定的主要因素,根据地形地质以及现场观察,确定福安隧道结构与边坡相互作用的三种模式:轴向剪切型、侧向剪切型、拱顶挤压扰动型。 2、通过对地表边坡的水平位移以及地表沉降的测试,获得了宝贵的一手资料,并对比在极差地质、隧道结构极限变形下和正常情况下围岩结构的动态变形规律,得出前者通常表现为突发性、下沉急速、难收敛。综合分析数据,得出:地表沉降值≈拱顶沉降值+围岩内部位移量。 3、本文通过对34+330断面的平面数值模拟,直观的获取土体滑坡形成规律,与现场情况很好的吻合。 4、建立洞口段隧道与边坡相互作用关系的三维模拟,完成了: (1)在边坡滑移方向,可采用“三角形”动态分析法,根据变形后的角度大小判断边坡的稳定以及变形规律。 (2)在边坡下,采用选取关键点法进行围岩应力应变的微观动态分析,得出在竖向方向,各变量与埋深关系的变化规律。围岩塑性区的分布形态为喇叭口形式,即越往洞内,范围越大。 (3)对锚喷支护结构采用截面分析和纵向分析,得出各变量在不同开挖步下、受边坡作用的特殊时空效应。 5、福安隧道通过综合选择,采用减重反压措施,合理有效地解决了隧道潜在的轴向边坡滑坡问题,同时系统的阐述了滑坡灾害的类型、治理措施的选择以及抗滑桩的设计,为相关工程部门提供参考。


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