隧道初期支護力學(xué)分析及參數(shù)優(yōu)化研究.pdf

1、初期支護作為隧道工程中最為關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)和極為重要的承載單元，對其力學(xué)模型的研究長期以來一直是隧道及地下工程界的熱點問題。但是，初期支護的工程應(yīng)用遠遠超前于理論研究，目前對初期支護的力學(xué)問題的研究依然沒有完全清晰，在很大程度上仍需進行更深入的理論探討，同時在隧道工程實踐中依然存在潛在風(fēng)險隱患或過度浪費的現(xiàn)象。因此論文以長江學(xué)者和創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃資助（IRT1045）和重慶市寸灘隧道工程為依托，采用資料收集整理、理論分析、現(xiàn)場監(jiān)測與測試以及數(shù)

2、值模擬等方法，系統(tǒng)地研究了隧道初期支護結(jié)構(gòu)的受力問題以及應(yīng)用研究。論文的主要工作如下：
　　①根據(jù)錨固界面層傳遞界面剪應(yīng)力的機理，考慮錨桿與圍巖間錨固接觸界面上變形協(xié)調(diào)關(guān)系，建立了全長錨桿界面剪應(yīng)力的受力模型，然后將錨桿界面剪應(yīng)力以體積力的形式引入圓形隧道圍巖彈塑性分析中，進而可探討錨桿支護系統(tǒng)中錨桿受力狀態(tài)和錨固層界面力學(xué)特征以及分析隧道彈塑性圍巖介質(zhì)中的巖體穩(wěn)定性和支護結(jié)構(gòu)受力機制等問題；并分析了支護時間和錨固層參數(shù)對應(yīng)力分布

3、規(guī)律的影響。并結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測錨桿軸力對所提出的錨桿力學(xué)模型計算結(jié)果進行對比與驗證。
　?、谕ㄟ^對隧道噴射混凝土襯砌的支護機理進行研究，探討了噴射混凝土的支護作用，并根據(jù)隧道工程中噴射混凝土的力學(xué)特性，由“圍巖—噴層支護”共同體的相互作用特點，并考慮噴層與圍巖接觸界面上變形協(xié)調(diào)關(guān)系，運用復(fù)合曲梁理論建立了噴層與圍巖結(jié)構(gòu)的復(fù)合承載體的力學(xué)模型，可分析噴射砼與圍巖界面力的影響，進而探討噴層結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征和隧道圍巖的穩(wěn)定性。
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4、據(jù)噴層受到來自圍巖的形變壓力，將噴射混凝土層視為彈性地基曲梁，將初期支護中噴層結(jié)構(gòu)按彈性地基曲梁進行計算分析，并以量測的圍巖與噴層間的接觸應(yīng)力作為邊界條件，來推求噴層結(jié)構(gòu)內(nèi)力的解析解，可研究隧道實際情況下的噴層結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中部位。
　?、芡ㄟ^分析軟弱破碎圍巖段隧道施工現(xiàn)場鋼拱架與噴射混凝土聯(lián)合支護的特點和受力特性，建立含有鋼拱架和噴射砼的隧道復(fù)合初期支護的地基曲梁力學(xué)模型，然后運用地基曲梁相關(guān)理論，以現(xiàn)場監(jiān)測獲取的鋼拱架應(yīng)力值為基

5、本參數(shù)來推求出隧道復(fù)合初期支護內(nèi)力解析式，從而可迅速分析軟弱破碎圍巖段隧道支護力學(xué)性能。
　?、輰浫跗扑閲鷰r段初期支護中錨桿、噴射混凝土和鋼拱架聯(lián)合支護展開分析，根據(jù)圍巖與支護相互作用特點，研究多種形式的聯(lián)合支護作用下形成圍巖組合拱的承載體力學(xué)模型。從圍巖—聯(lián)合支護斷面的幾何形狀上，將系統(tǒng)錨桿形成圍巖拱視為支護外拱，噴層與鋼拱架則構(gòu)成支護內(nèi)層拱，然后將二者間的組合拱應(yīng)力進行疊加，能夠分析考慮錨、噴、鋼架聯(lián)合支護條件下的圍巖變形和