高速鐵路隧道支護(hù)與圍巖作用關(guān)系研究.pdf

1、我國鐵路隧道建設(shè)取得了舉世矚目的成就,進(jìn)入“十一五”期間,一個(gè)以客運(yùn)專線為重點(diǎn)的鐵路網(wǎng)建設(shè)已經(jīng)全面展開,隧道修建數(shù)量有了突飛猛進(jìn)的增長。未來10年我國要修建的鐵路隧道,其總長度將超過我國已建成的鐵路隧道長度總和。在此期間,隧道建設(shè)規(guī)模與隧道設(shè)計(jì)理論不完善之間的矛盾日益突出,以經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)為主的隧道設(shè)計(jì)方法面臨著巨大的挑戰(zhàn),隧道設(shè)計(jì)中存在的諸多困惑已經(jīng)嚴(yán)重制約了隧道建設(shè)的科學(xué)化、精細(xì)化、規(guī)范化。針對(duì)這一系列問題,論文對(duì)隧道結(jié)構(gòu)體系變形控制、圍

2、巖結(jié)構(gòu)界面形態(tài)、支護(hù)圍巖作用關(guān)系等進(jìn)行了系統(tǒng)深入研究,取得了以下主要研究成果:
　　 (1)針對(duì)隧道工程特點(diǎn),建立起包括“圍巖-注漿圈-初期支護(hù)-二次襯砌”在內(nèi)的隧道結(jié)構(gòu)體系理論模型。以變形控制為核心,對(duì)隧道結(jié)構(gòu)體系中圍巖變形的時(shí)空特點(diǎn)以及支護(hù)體系中各個(gè)子構(gòu)件的變形特點(diǎn)和力學(xué)特性進(jìn)行系統(tǒng)研究,在此基礎(chǔ)上提出復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)安全性評(píng)價(jià)方法。
　　 (2)采用理論分析,建立隧道圍巖結(jié)構(gòu)界面分區(qū)模型?；趶椝苄岳碚?在大量計(jì)算分析

3、的基礎(chǔ)上提出隧道圍巖結(jié)構(gòu)界面的5種分區(qū)模式并給出相應(yīng)的判斷方法;在圍巖結(jié)構(gòu)界面分區(qū)的基礎(chǔ)上,針對(duì)Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)進(jìn)行研究,通過數(shù)值分析,針對(duì)局部化現(xiàn)象提出剪切滑移是這兩種分區(qū)模式下的主要破壞形態(tài);通過理論分析,給出楔形滑移體位態(tài)的計(jì)算方法,并給出三維情況下滑裂面的可能形態(tài)。
　　 (3)采用數(shù)值模擬,分析得到圍巖結(jié)構(gòu)界面細(xì)觀擴(kuò)展過程。通過PFC模擬隧道開挖后圍巖裂隙的細(xì)觀擴(kuò)展過程,為了更方便的采用PFC進(jìn)行分析,通過灰關(guān)聯(lián)分析建立圍巖

4、宏觀力學(xué)參數(shù)與PFC細(xì)觀參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)序列,進(jìn)而判斷顆粒細(xì)觀參數(shù)改變對(duì)宏觀力學(xué)參數(shù)的影響程度和影響規(guī)律,并建立細(xì)觀參數(shù)和宏觀參數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)宏觀力學(xué)參數(shù)的標(biāo)定。
　　 (4)采用室內(nèi)模型試驗(yàn),得到圍巖漸進(jìn)破壞的特點(diǎn)和規(guī)律。主持研發(fā)、設(shè)計(jì)了隧道開挖模擬試驗(yàn)系統(tǒng),該系統(tǒng)由試驗(yàn)臺(tái)架、接觸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、非接觸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)三部分組成,分別采用粘性相似材料和砂性相似材料對(duì)隧道開挖后圍巖的破壞特點(diǎn)進(jìn)行相似試驗(yàn)研究,提出粘性材料圍巖具

5、有先楔形破壞后松動(dòng)塌落的二次破壞特點(diǎn),對(duì)砂性材料圍巖的破壞機(jī)理和漸進(jìn)破壞規(guī)律進(jìn)行了分析。
　　 (5)針對(duì)我國高速鐵路隧道的具體情況,從變形控制的角度出發(fā)得到支護(hù)、圍巖的變形特性。考慮Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖典型力學(xué)參數(shù)組合,給出靜水壓力和非靜水壓力下圍巖特性曲線,得到噴射混凝土、格柵鋼架、型鋼鋼架的支護(hù)特性曲線,采用ANSYS分析得到格柵混凝土和型鋼混凝土的變形特性和破壞規(guī)律,采用FLAC3D分析得到錨桿控制圍巖變形的效果。