基于黏彈性理論的隧道圍巖應(yīng)力分析研究.pdf

1、我國三分之二的國土面積是山地和丘陵，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國鐵路和公路隧道也進(jìn)入的高速發(fā)展時(shí)期，已經(jīng)成為世界上隧道最多的國家。分析黏彈性圍巖條件下隧道開挖圍巖內(nèi)部的應(yīng)力、位移變化規(guī)律，研究“圍巖-初次襯砌-二次襯砌”之間的作用關(guān)系和圍巖荷載在圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)中傳遞和分配的規(guī)律是目前隧道開挖理論中的一個(gè)重要課題。同時(shí)，隧道開挖過程中的穩(wěn)定性預(yù)測依賴于監(jiān)測數(shù)據(jù)，基于反演目的對監(jiān)測監(jiān)控方案進(jìn)行優(yōu)化，建立多信息源的反演理論，可以為隧道穩(wěn)定性分析提

2、供更加接近實(shí)際的反演結(jié)果。
　　 本文在視圍巖為黏彈性體，以研究隧道開挖過程中圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力與變形規(guī)律為目標(biāo)，在分析不同開挖方式、不同支護(hù)結(jié)構(gòu)的圍巖應(yīng)力和變形的的基礎(chǔ)上，利用敏感性分析對隧道監(jiān)測方案進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)行隧道模型和參數(shù)的反演，建立以應(yīng)變作為基礎(chǔ)信息的反演分析方法。
　　 (1)在彈性和黏彈性隧道解析解的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出在考慮洞周位移條件下圓形黏彈性隧道的圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的解析解，定義了位移增量釋放率和應(yīng)力增量釋放

3、率并分析二者之間的關(guān)系，即在均勻受壓條件下二者相等，可以利用圍巖-初襯支護(hù)體系中應(yīng)力增量判定圍巖的穩(wěn)定性，并依此確定施做二次襯砌的時(shí)機(jī)。
　　 (2)通過對不同圍巖條件下的隧道進(jìn)行三維數(shù)值模擬和分析，研究隧道開挖過程中圍巖的位移、應(yīng)力、應(yīng)變及其釋放率與開挖面位置、巖質(zhì)之間的關(guān)系，研究了雙向開挖貫通式隧道位移釋放的情況。
　　 (3)軟弱圍巖隧道的修建往往需要一些臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)提高圍巖的穩(wěn)定性，而軟弱圍巖往往表現(xiàn)出較強(qiáng)的流變

4、性，所以有必要對黏彈性條件下臨時(shí)支護(hù)對圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行研究，本文主要研究鎖腳錨桿和臨時(shí)仰拱對隧道拱頂沉降、洞周收斂的作用以及時(shí)間與開挖步驟對支護(hù)效果的影響。
　　 (4)分析了監(jiān)控量測各個(gè)項(xiàng)目的特點(diǎn)，提出了進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)變監(jiān)測的方法，利用敏感性分析研究黏彈性圍巖條件下監(jiān)測方案優(yōu)化理論，建立應(yīng)變反分析的方法體系。
　　 主要創(chuàng)新點(diǎn)：
　　 (1)推導(dǎo)出在考慮洞周位移條件下圓形黏彈性隧道的圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的解析解，

5、定義了位移增量釋放率和應(yīng)力增量釋放率并分析二者之間的關(guān)系，并提出可以依據(jù)應(yīng)力增量釋放情況確定施做二次襯砌的時(shí)機(jī)。
　　 (2)提出利用鋼弦式傳感器進(jìn)行圍巖內(nèi)部應(yīng)變監(jiān)測的方法，初步建立以應(yīng)變作為基礎(chǔ)信息的反分析理論體系，確定試驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)變反分析的實(shí)驗(yàn)評價(jià)指標(biāo)，應(yīng)變智能反分析方法和優(yōu)化反分析法的目標(biāo)函數(shù)。
　　 (3)對黏彈性條件下鎖腳錨桿和臨時(shí)仰拱兩種臨時(shí)支護(hù)形式的支護(hù)效果進(jìn)行研究，得到了臨時(shí)支護(hù)效果和施工時(shí)間之間的關(guān)系。<