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软质板岩隧道大变形力学行为与控制技术研究

杜雁鹏  
【摘要】:软岩大变形的控制是隧道施工需要解决的技术难题。本文结合湖南省交通厅课题(2009024),以怀通高速公路软质板岩隧道为依托,展开软质板岩隧道大变形力学行为与控制技术研究。具体研究成果如下: 1.选取板岩试样,在电子显微镜下进行了成分鉴定与微观结构观察,了解了其组成成分,微观构造以及颗粒胶结方式的特征;通过板岩的吸水性、膨胀性、崩解性了解水对板岩的作用和影响规律,并求出吸水性、膨胀性的变化规律公式,拟合出对应的参数;通过不同含水率条件下的室内压缩试验了解水对板岩力学特性的影响以及板岩力学性质的各向异性;通过赋水状态、接触角、微结构等方面对板岩的水理性机理进行了分析。 2.根据蠕变曲线对典型蠕变过程进行了细致的描述分析;在归纳整理已有的蠕变理论和本构模型基础上,根据本次对板岩的蠕变性质试验研究,建立简单本构模型;以室内压缩试验试验为基础,分析了不同压力差与不同含水率对板岩蠕变特性的影响规律,并根据所提出本构模型对试验结果进行了拟合;最后从微观方面简单分析了水对蠕变的影响规律和机理。 3.基于FLAC3D对软弱板岩隧道的开挖支护及变形控制进行了数值模拟,通过模型计算,分析了蠕变对隧道开挖的影响;建立了只有锚喷基础支护、不施加锚杆、增加注浆加固以及超前支护的四种开挖支护条件的工况模型进行数值计算,从应力状况、拱顶沉降、洞周水平收敛、支护位移和受力等方面对三种模型的结果进行比对,研究讨论软弱板岩隧道支护体系的变形控制效果,以归纳软岩隧道支护和大变形控制的最佳方案。 4.以正团冲软质板岩隧道为依托,对其实际监控量测数据做了整理分析,并对实际监控量测数据与拟合结果以及数值分析结果进行比对,分析监控量测回归拟合的合理性,并通过监测结果评价隧道工程施工的安全状态。


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