黄土隧道变形规律研究

论文摘要

为了研究黄土双车道公路隧道的变形规律,以国道主干线青岛～银川陕西境吴堡至子洲段高速公路N12标～N16标七座黄土隧道为依托,结合隧道的地质条件和工程条件,在隧道施工过程中埋设了大量的拱顶下沉、周边位移测点,对隧道的变形规律及稳定性进行了现场监控量测,并应用有限元软件（MIDAS-GTS）对黄土隧道的施工过程进行有限元仿真分析,分别研究了浅埋偏压黄土隧道和深埋黄土隧道在开挖之后变形发展的规律。主要研究成果有:1.通过现场实测数据发现,在黄土隧道施工过程中拱部沉降的量值要远远大于净空收敛的量值,因此在黄土隧道的施工中,如何控制拱部的沉降是一个关键的问题。由此本文提出施工中必须秉承“快挖、快支、快封闭”的支护理念和必须施作锁脚锚杆、二次衬砌仰拱和边墙基础紧跟的施工措施;现行隧道规范中关于检验围岩稳定性及支护效果的三种判别标准不能完全适用于黄土隧道。2.应用对数函数（u=A+Blnt）和指数函数（u=Ae-B/t）对隧道所有的变形监测数据进行了回归分析,结果表明黄土隧道变形规律符合对数函数规律。3.有限元仿真分析结果和现场监测结果表明,浅埋偏压黄土隧道和深埋黄土隧道在施工过程中,前者引起的变形量约为后者2～3倍（实测数据结果为3.5倍）;浅埋黄土隧道中有系统锚杆段的围岩变形量约为无锚杆段的1.5倍（实测数据结果为1.2倍）。4.结合有限元仿真分析结果和现场量测数据反推出隧道开挖后发生的先期位移,得出施工过程中发生的实际总位移,并根据各工序发生位移占全部位移比例确定了关键工序,为施工提供了一定的科学依据和指导,确保了施工的安全和质量。本文的研究成果有效指导了吴子高速公路隧道的工程建设,并可以为今后类似工程提供借鉴。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 黄土概述
• 1.2.1 黄土的分布
• 1.2.2 黄土的成因
• 1.2.3 黄土的地层划分
• 1.2.4 黄土的基本特征
• 1.2.5 黄土的基本力学性质
• 1.2.6 黄土洞室围岩压力机理
• 1.2.7 黄土洞室围岩压力的影响因素
• 1.3 黄土隧道研究现状
• 1.3.1 黄土隧道设计理论的研究现状
• 1.3.2 黄土隧道信息化施工及量测技术研究现状
• 1.3.3 黄土隧道位移反分析研究现状
• 1.4 选题依据和研究意义
• 1.5 本文研究内容
• 第二章 现场监控量测方案
• 2.1 依托工程概况
• 2.2 监测的意义和目的
• 2.3 监测内容、方法与要求
• 2.3.1 监测内容及方案
• 2.3.2 监测仪器的基本要求
• 2.3.3 监测技术要求
• 2.3.4 监测频率要求
• 2.3.5 数据采集和整理
• 2.4 初期支护阶段围岩稳定性及支护效果的判别标准与施工管理标准
• 2.5 量测数据处理与分析
• 第三章 隧道变形监测结果分析与应用
• 3.1 隧道变形时态曲线汇总及分析
• 3.2 隧道变形量测结果汇总及分析
• 3.3 隧道变形最终位移速率汇总及分析
• 3.4 监测数据回归分析
• 3.5 关于二次衬砌施作时机的探讨
• 3.6 本章小结
• 第四章 数值仿真分析
• 4.1 有限元法基本原理
• 4.2 施工过程模拟方法及其MIDAS/GTS 实现
• 4.2.1 模拟计算方法选取
• 4.2.2 隧道施工过程模拟的原理
• 4.2.3 隧道施工过程的MIDAS/GTS 实现
• 4.3 计算假定及模型参数的选取
• 4.3.1 计算假定
• 4.3.2 计算模型参数的选取
• 4.4 有限元计算结果与分析
• 4.4.1 浅埋偏压有系统锚杆黄土隧道变形计算结果与对比分析
• 4.4.2 浅埋偏压无系统锚杆黄土隧道变形计算结果与对比分析
• 4.4.3 深埋黄土隧道在不同开挖方法下的变形计算结果与对比分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与建议
• 主要结论
• 进一步研究的建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目
• 致谢