西岭雪山隧道受力变形监测及安全性评价

论文摘要

西岭雪山隧道区位于四川省大邑县内,是成都市辖的一座隧道。该隧道自开始建设,直至建成运营过程中,曾发生过多次变形破坏,引起隧道局部塌方或是不同程度的病害。前期工作包括:查明西岭雪山隧道变形地区的工程特性,工程地质情况、水文地质情况;根据现场观测试验结果分析隧道变形原因和膨胀性围岩的作用机理;为隧道的病害整治措施提出建议和依据。本文在此基础上做了更为详细的研究:首先做了一系列室内试验得出西岭雪山隧道围岩的膨胀力;建立有限元模型,将试验得出的岩石膨胀力转化为温度应力,为隧道受力变形的有限元计算提供基础;同时在隧道整治过程中和完成后一年期间,从衬砌压力、钢拱架应力、锚杆应力、孔隙水压力、隧道收敛多个方面,对隧道的变形和受力进行全方位监测,为隧道的稳定性分析提供了依据;然后以隧道所在区域的地质情况、隧道整治的工况条件、围岩的膨胀特性,建立有限元模型,计算隧道的变形和受力。最后综合隧道监测数据和有限元计算结果,评价隧道的安全性。本文结合隧道地质条件和隧道工况条件,采用试验,监测,计算等多种手段来评价隧道的安全性,为膨胀性围岩隧道的病害整治提供依据,同时也为膨胀性围岩隧道的设计施工提供了依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 膨胀岩研究现状
• 1.2.2 膨胀本构模型
• 1.2.3 隧道变形研究现状
• 1.3 论文研究目标、研究内容、拟解决的关键问题
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 本文要解决的关键问题
• 1.4 论文研究方法、技术路线、试验方案及其可行性研究
• 1.4.1 本文采取的研究方法
• 1.4.2 本文采取的技术路线
• 第2章 西岭雪山隧道病害和地质背景
• 2.1 西岭雪山隧道工程简介
• 2.2 西岭雪山隧道病害发展过程
• 2.3 初期病害隧道变形、开裂、渗水等调查结果
• 2.4 隧道内测量结果
• 2.5 地面调查结果
• 2.6 2006年2月隧道病害综述
• 2.6.1 拱部衬砌砼开裂
• 2.6.2 隧道衬砌和洞内路面开裂情况调查表
• 2.7 地质背景
• 2.7.1 地层岩性
• 2.7.2 地质构造
• 2.7.3 节理
• 2.7.4 地下水类型与基本特征
• 2.7.5 地层富水性
• 2.7.6 地下水补给、径流、排泄条件
• 2.7.7 水质特征
• 2.7.8 调查地层岩性构造及水样分析结果
• 2.7.9 物探结果
• 2.7.10 钻探结果
• 2.7.11 三期整治仰拱拆除揭露隐伏断层结果
• 第3章 病害原因分析
• 3.1 隧道拱部二次衬砌掉块可能原因
• 3.2 隧道内路面开裂原因
• 3.3 隧道洞身渗漏水原因
• 3.4 室内试验
• 3.4.1 泥岩自由膨胀率试验
• 3.4.2 泥岩矿物成分分析
• 3.4.3 扫描电镜分析
• 3.4.4 泥岩阳离子代换两测试
• 3.4.5 泥岩膨胀力实验
• 3.5 结论
• 第4章 隧道衬砌病害整治
• 4.1 2004年一、二两期局部整治措施
• 4.2 2006年三期整治措施
• 4.3 主要施工方法
• 4.4 对整治设计施工方法评述
• 第5章 西岭雪山隧道监测结果
• 5.1 监测方案设计及内容
• 5.1.1 钢拱架轴向受力
• 5.1.2 锚杆应力
• 5.1.3 二衬压力
• 5.1.4 孔隙水压力
• 5.2 应力监测结果
• 5.2.1 应变计测钢拱架应力结果
• 5.2.2 钢拱架应力图
• 5.2.3 钢筋计测锚杆应力
• 5.2.4 土压力盒测二衬压力
• 5.2.5 受力监测结果分析
• 5.2.6 西岭雪山隧道收敛测量结果
• 5.3 隧道地下水及渗水状况监测
• 5.3.1 地表水地下水同位素测定
• 5.3.2 侧沟水量及洞身渗水状况
• 5.3.3 孔隙水压力
• 5.4 变形监测结果分析
• 5.5 汶川地震后隧道受力变形监测
• 5.5.1 应变计测钢拱架应变结果
• 5.5.2 钢筋计测锚杆应力
• 5.5.3 土压力盒测二衬压力
• 5.5.4 孔隙水压力
• 第6章 西岭雪山隧道结构受力的有限元分析
• 6.1 有限元模型
• 6.1.1 单元类型的选取
• 6.1.2 材料属性
• 6.2 有限元分析过程
• 6.3 计算结果分析
• 6.3.1 K23+052断面
• 6.3.2 K23+291断面
• 6.3.3 K23+546断面
• 6.3.4 K23+677断面
• 6.3.5 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间参加的科研项目