扁平大跨度黃土隧道基底應(yīng)力特征研究.pdf

1、隨著黃土隧道開挖斷面和跨度的不斷增大，黃土的濕陷性對(duì)隧道變形和受力的影響越來越突出，因此對(duì)黃土隧道的基底應(yīng)力研究就顯得尤為必要。在西北大多數(shù)區(qū)域內(nèi)，黃土的各種結(jié)構(gòu)特征表達(dá)較好，為此西北地區(qū)是我國(guó)黃土最具權(quán)威性區(qū)域。一般進(jìn)行的山嶺隧道開挖支護(hù)中，能更好的發(fā)揮圍巖的自身穩(wěn)定性能，最大限度的降低支護(hù)結(jié)構(gòu)所受的應(yīng)力，圍巖開挖后可以允許其有少量變形收斂，將部分的應(yīng)力可以釋放。但這種情況在黃土地區(qū)較為不宜，因?yàn)槠鋸?qiáng)度較低，自身的承載能力較差，對(duì)此進(jìn)

2、行的黃土的基底應(yīng)力特征研究有較為最要的意義。本文以“蘭秦快速路”的付家窯1＃隧道為依托，以扁平大跨度黃土隧道為背景，采用室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)力測(cè)試以及數(shù)值模擬手段來分析黃土隧道的圍巖特性以及施工過程中圍巖的基底應(yīng)力和變形特征。論文的主要工作和成果如下：
　　（1）通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)取樣進(jìn)行系統(tǒng)的室內(nèi)試驗(yàn)，分析了黃土隧道圍巖濕陷系數(shù)與壓力的關(guān)系、增濕過程壓縮變形性狀以及濕陷性黃土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)等特征，伴隨著濕度與壓力的變化，黃土濕陷變形的整個(gè)過

3、程曲線由三段與兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)組成。在第一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)之前，代表結(jié)構(gòu)強(qiáng)度發(fā)揮的階段是壓密階段，結(jié)構(gòu)所破壞的濕陷階段在兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)之間，第二轉(zhuǎn)折點(diǎn)之后則是新的結(jié)構(gòu)形成的固結(jié)階段，三階段的發(fā)展變化因素主要是作用壓力和增濕條件。這些實(shí)驗(yàn)為分析黃土隧道的圍巖變形及受力奠定了基礎(chǔ)。
　?。?）通過扁平大跨度黃土隧道基底接觸壓力、基底土中應(yīng)力的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出隧道仰拱與邊墻結(jié)合部位的圍巖壓力與基底土中應(yīng)力最大，基底接觸壓力最大達(dá)到19

4、7kPa，而基底土中應(yīng)力最大達(dá)到79.21kPa，說明扁平大跨度隧道基底的受力關(guān)鍵部位位于邊墻與仰拱的結(jié)合處。
　?。?）隧道基底含水率的測(cè)試結(jié)果顯示該隧道基底最大含水率為6％，表明測(cè)試斷面基底黃土圍巖含水率較低，有利于隧道基礎(chǔ)的穩(wěn)定，但是由于隧道施工過程的進(jìn)行，支護(hù)結(jié)構(gòu)周邊圍巖的含水情況可能會(huì)發(fā)生變化，因此需要對(duì)隧道基底含水率進(jìn)行長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)。
　?。?）通過圍巖物理力學(xué)參數(shù)室內(nèi)試驗(yàn)獲取了圍巖的相關(guān)力學(xué)參數(shù)，在此基礎(chǔ)之上利用

5、有限元數(shù)值模擬方法對(duì)隧道的整個(gè)開挖過程進(jìn)行數(shù)值模擬，能夠有效的分析圍巖變形及受力特征。計(jì)算結(jié)果表明隧道開挖后最大拱頂沉降為19.4cm，最大水平位移為8.5cm；最終圍巖最大豎向壓應(yīng)力為0.957MPa，最大橫向壓應(yīng)力為0.556MPa，豎向無拉應(yīng)力，最大橫向拉應(yīng)力為0.018MPa。
　　（5）圍巖應(yīng)力隨施工過程變化的研究表明，在CRD法施工過程中，由于各支撐結(jié)構(gòu)將隧道開挖斷面分隔成多個(gè)小的斷面，具有很好的穩(wěn)定性，圍巖受到的豎向