隧道—滑坡体系受力模式与变形机理研究

论文摘要

隧道作为陆路交通工程中重要的结构物,具有巨大的社会经济效益,可以克服山岭地区由于地形和高程带来的选线限制,在庞大的交通体系中占据了不可替代的作用。同时我国滑坡地质灾害频发,对隧道工程在修建过程中的安全保障以及修建完成后的安全运营造成了严重的威胁。然而,目前由于缺乏系统的模型概化和受力变形模式相关的计算理论,无法确定潜在坡体病害地段的隧道工程与滑坡的空间最小安全距离和作用于隧道结构上的外荷载。因此,本文以典型隧道-滑坡工程实例为依据,构建滑坡地段的隧道变形模式和地质力学模型,对隧道结构外荷载和变形的理论解以及洞口不同支撑作用下的隧道-滑坡平行体系受力变形模式演化过程进行研究。得到主要成果如下:（1）选取具有明显破坏现象的典型隧道-滑坡工程实例,分析了在实际工程中滑坡地段隧道衬砌的病害特征,综合坡体蠕滑与隧道变形的地质条件、相对位置关系、坡体与隧道的作用机理,构建了以隧道穿越滑体、隧道穿越滑面和隧道下穿滑坡三种典型模式为代表的隧道-滑坡体系地质力学模型。（2）基于经典土力学和结构力学理论,建立了剩余滑坡推力作用下的隧道结构计算模型,通过荷载传递规律,计算了作用于隧道结构的附加荷载,将其与隧道围岩压力叠加,提出了“隧道穿越滑动带、隧道穿越滑体”模式下隧道结构荷载和变形的理论解。（3）针对“隧道下穿滑体”模式,采用布辛奈斯克法和罗西提法对隧道上方滑带处的荷载分布形式进行分析,考虑其对隧道拱部和边墙产生的附加荷载影响。结合隧道的抗压强度和松动圈理论,提出了隧道下穿滑体最小安全距离的计算公式。并通过设置不同的下穿滑坡距离,采用模型试验对隧道下穿滑坡的附加荷载和最小安全距离计算方法进行了验证。（4）处于坡体应力调整和坡体蠕滑变形两个阶段的隧道结构受力模式由只受到围岩压力的影响转变为同时受到滑坡推力和围岩压力的共同作用,可简化为弹性地基梁结构进行计算,其受力变形模式的演化过程可通过在弹性地基梁理论计算中增加滑坡推力的大小来实现;而对于整体滑移阶段,存在着由弹性地基梁转变为大挠度梁的过程,可通过结构力学与弹性地基梁理论进行耦合求解,其受力变形模式的变化可通过对岩土抗力系数的减小来实现。（5）根据半无限长梁模式、半无限长梁-悬臂梁模式、半无限长梁-简支梁模式的三种演化过程,基于推移式滑坡岩土体的变形特点和洞口的不同支撑方式,揭示了隧道受力渐进破坏过程的本质是滑坡推力和岩土抗力变化的过程。以不同演化阶段的隧道受力模式为基础,采用弹性地基梁和结构力学理论,对位于滑坡体内和滑坡体外的隧道结构变形进行了耦合解析,建立了不同阶段隧道受力变形模式的理论计算公式,提出了相应控制截面的解析解表达式。并通过地质力学模型试验对其合理性进行了验证分析,表明该理论能够实现滑坡不同演化阶段隧道受力变形的评价,并能够对滑坡中隧道的受力变形的发展进行预测以及为滑坡地段隧道的设计、加固治理提供理论参考。

论文目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.1.1 选题背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 隧道-滑坡相互作用机理研究现状

1.2.2 隧道-滑坡体系受力变形模式及计算方法研究现状

1.3 研究主要内容及技术路线

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 研究方法及技术路线

2 隧道-滑坡体系地质力学模型分析

2.1 隧道-滑坡平行体系地质力学模型概化

2.1.1 典型工程案例分析

2.1.2 地质力学模型简化

2.2 隧道-滑坡正交体系地质力学模型概化

2.2.1 典型工程实例分析

2.2.2 地质力学模型简化

2.3 隧道-滑坡斜交体系地质力学模型概化

2.3.1 典型工程实例分析

2.3.2 地质力学模型简化

2.4 本章小结

3 隧道-滑坡力学计算模型及方法

3.1 隧道-滑坡平行体系力学计算模型及方法

3.1.1 隧道与滑面相交模式

3.1.2 隧道下穿滑体模式

3.2 隧道-滑坡正交体系力学计算模型及方法

3.2.1 隧道穿越滑体模式

3.2.2 隧道与滑面相交模式

3.2.3 隧道下穿滑坡模式

3.3 本章小结

4 隧道-滑坡平行体系受力变形模式演化规律分析

4.1 洞口不同支撑作用下隧道-滑坡受力模式演化过程

4.1.1 坡体应力调整阶段

4.1.2 坡体蠕滑变形阶段

4.1.3 坡体整体滑移失稳阶段

4.2 洞口不同支撑作用下隧道-滑坡受力变形模式演化分析

4.2.1 滑坡蠕滑变形（应力调整）阶段隧道受力变形模式计算方法

4.2.2 滑坡整体滑移失稳阶段隧道受力变形模式计算方法

4.3 隧道-滑坡受力变形模式演化规律模型试验对比分析

4.3.1 试验原型与参数选取

4.3.2 实验设计及传感器布置

4.3.3 试验结果分析

4.4 本章小结

5 结论和展望

5.1 结论

5.2 创新性成果

5.3 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 赵金

导师: 刘德仁,马惠民

关键词: 隧道滑坡体系,地质力学模型,外荷载,受力变形模式,半无限长梁

来源: 兰州交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,地质学,工业通用技术及设备,公路与水路运输

单位: 兰州交通大学

基金: 中铁科研院资助的《复杂环境下长大隧道修建关键技术研究—隧道-滑坡体系的变形机理与控制技术深化研究》项目(2017-KJ008-Z008-XB)

分类号: U457.5;P642.22

DOI: 10.27205/d.cnki.gltec.2019.000345

总页数: 108

文件大小: 10435K

下载量: 72

隧道—滑坡体系受力模式与变形机理研究

论文摘要

论文目录

文章来源

相关论文文献

猜你喜欢