地形偏壓下連拱隧道模型試驗(yàn)研究及數(shù)值模擬.pdf

1、連拱隧道線形流暢、占地面積小、空間利用率高、避免了洞口路基或大橋分幅，與洞外線路連接方便，能很好地解決分離式隧道所存在的一些問題；同時，連拱隧道在適應(yīng)地形條件、環(huán)境保護(hù)以及工程量上都具有優(yōu)越性。因此，在特殊地質(zhì)以及地形條件受限的地區(qū)進(jìn)行高速公路的建設(shè)時，常常選擇連拱結(jié)構(gòu)的隧道方案。然而，地形偏壓作用下連拱隧道結(jié)構(gòu)的受力機(jī)理和圍巖穩(wěn)定性還不是十分清楚，仍有待進(jìn)一步深入研究。
　　 在前人研究工作的基礎(chǔ)上，本文以連拱隧道為研究對象進(jìn)

2、行室內(nèi)相似模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬，對連拱隧道開挖時的整體力學(xué)性質(zhì)、變形趨勢和穩(wěn)定性進(jìn)行了分析與研究，得到了一些有益的結(jié)論和成果：
　　 (1)以重晶石粉、石英砂和酒精松香溶液等配制的相似材料，通過物理力學(xué)性能試驗(yàn)表明，該材料容重大、泊松比基本滿足軟巖的要求，抗壓強(qiáng)度和彈性模量低、力學(xué)性能穩(wěn)定、可重復(fù)使用、無毒性等特點(diǎn)，是一種可以模擬Ⅴ級工程圍巖的理想材料。
　　 (2)通過彈性力學(xué)的基本方程和邊界條件，較為系統(tǒng)地論述了應(yīng)力試

3、驗(yàn)的相似理論，推導(dǎo)了模型試驗(yàn)中常用的相似常數(shù)。運(yùn)用相似理論分析了模型材料的選擇原則及模型試驗(yàn)的精度問題，設(shè)計了能進(jìn)行圍巖壓力、位移、襯砌變位及豎向加壓測試的平面應(yīng)變模型試驗(yàn)裝置。
　　 (3)通過1:20尺寸比例的模型試驗(yàn)對地形偏壓作用下連拱隧道襯砌受力和拱頂沉降的分析，表明：①在不同荷載下，左、右洞室襯砌都受壓力，而且壓力隨著隧道上覆荷載的增大而增大，左洞最大軸力值分布于仰拱和邊墻的結(jié)合部位；右洞最大軸力值分布于靠近中墻的左拱

4、腰。②實(shí)驗(yàn)過程中，左右洞室有被壓扁的趨勢，左洞最大彎矩分布于左、右拱腰和拱底；右洞最大彎矩分布于左拱腰。③隨著荷載的增加，左洞洞頂豎向位移變化不大，右洞洞頂豎向位移成線性增大。
　　 (4)采用ANSYS10.0非線性有限元軟件對偏壓連拱隧道的施工過程進(jìn)行數(shù)值模擬，得到：①后行洞的開挖對先行洞的位移有一定的影響，其中對左、右拱腰和拱腳的影響大，特別是后行洞上半斷面的開挖影響最大。②采用“先外后里”開挖方法，應(yīng)力值在整個開挖階段的