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高地热、高地应力条件下的隧道的力学行为及工程措施研究

作 者: 徐长春
导 师: 梁波
学 校: 重庆交通大学
专 业: 桥梁与隧道工程
关键词: 公路隧道 高地热 高地应力 力学行为 工程措施
分类号: U451.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 233次
引 用: 2次
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内容摘要


为了适应国民经济的快速发展,西部地区公路建设的步伐正在日益加快,一些深埋隧道工程纷纷上马。在地质条件复杂的埋深环境里修建工程,往往面临着高地热、高地应力的威胁,给工程的建设带来严重影响。目前,深度增加带来的高地热、高地应力问题,已成为一个急待解决的难题。本文以云南高黎贡山越岭隧道的高地热、高地应力为研究对象,在深入了解研究该地区的地质条件的基础上,对该地区典型工点的地质灾害的分布特征,致灾机理进行了综述。分析了隧道围岩及衬砌的参数尤其是热力学参数,对开挖隧道进行数值模拟,同时分析温度场变化和温度应力的变化;对高地热条件下隧道的施工措施和支护形式进行了研究,以便选择合理的辅助降温措施和最佳的支护形式;应用解析法分析了工程区应力场,了解隧道断面开挖后的二次应力分布规律;参考既有高地应力条件下岩爆或大变形的研究资料,总结岩爆或大变形的发生机理和监测预报,利用有限元分析隧道的力学行为,在力学分析的基础上,提出合理的高应力条件下岩爆或大变形支护原则及采用的工程措施。通过以上研究,得出以下主要结论:隧道开挖通风20个小时后,隧道壁面温度降低到30.35℃,围岩拱脚温度应力最大;初衬最大温度应力在拱脚,最小温度应力在边墙;二次衬砌最大温度应力在拱脚,最小温度应力在拱顶;温度应力是隧道开挖后岩壁的不利荷载,容易引起隧道围岩剥落、开裂等,所以开挖后快速喷锚支护,对隧道围岩稳定和隧道内降温均有利。在高地应力条件下,解析得出了隧道不同侧压系数拱顶和边墙的的径向和切向应力变化规律;数值模拟分析了隧道围岩与支护的受力特点,对隧道大变形和岩爆做出了定性预测,相应要采取的工程措施。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-24
  1.1 研究的背景和问题的提出  8-10
  1.2 隧道的地质灾害类型和研究现状  10-21
    1.2.1 隧道岩爆的研究现状  10-13
    1.2.2 隧道涌水和突水的研究现状  13-14
    1.2.3 隧道地应力的研究现状  14-16
    1.2.4 隧道大变形的研究现状  16-19
    1.2.5 隧道通过瓦斯地层的研究现状  19
    1.2.6 隧道通过高地热区的研究现状  19-21
  1.3 研究的意义、内容及技术路线  21-24
    1.3.1 研究的意义  21-22
    1.3.2 研究的内容  22
    1.3.3 研究的技术路线  22-24
第二章 典型工点地质灾害、分布特征和致灾机理研究  24-33
  2.1 工程概况  24-25
  2.2 涌水和突水  25-27
    2.2.1 涌水和突水分布特征  25-26
    2.2.2 涌水和突水的致灾机理研究  26-27
  2.3 隧道塌方和片帮破坏的分布特征和致灾机理  27-28
  2.4 与岩溶有关的灾害分布特征及致灾机理  28-29
  2.5 研究区高地热分布特征及致灾机理  29-31
  2.6 高地应力引起的灾害及致灾机理研究  31-32
  2.7 本章小结  32-33
第三章 高地热条件下隧道的力学行为工程措施  33-64
  3.1 高地热条件下隧道围岩及衬砌的关键参数研究  33-40
    3.1.1 高地热条件下隧道围岩的关键参数研究  33-36
    3.1.2 高地热条件下隧道衬砌的关键参数研究  36-40
  3.2 高地热条件下隧道围岩温度分布与衬砌受力特性的研究  40-59
    3.2.1 高地热条件下隧道围岩温度分布研究  40-45
    3.2.2 温度应力场和衬砌受力分析  45-58
    3.2.3 高地热条件下衬砌的热—力本构关系  58-59
  3.3 高地热隧道结构的薄弱环节及工程措施研究  59-62
    3.3.1 高地热隧道的施工措施  60-61
    3.3.2 高地热隧道的支护形式  61-62
  3.4 本章小结  62-64
第四章 高地应力条件下的隧道力学行为及工程措施  64-94
  4.1 原始地应力场及开挖后高应力场演化研究  64-71
    4.1.1 隧道开挖前的原始应力场  64-66
    4.1.2 开挖后高地应力状态分析  66-71
  4.2 岩爆或大变形的发生机理研究及监测预报  71-79
    4.2.1 岩爆发生机理及监测预报研究  72-76
    4.2.2 大变形发生机理及监测预报研究  76-79
  4.3 典型工点条件下隧道力学行为分析  79-89
    4.3.1 围岩与衬砌的相互作用力学模型  80-81
    4.3.2 隧道围岩位移与衬砌受力之间的关系  81-83
    4.3.3 围岩整体和衬砌结构的有限元分析  83-88
    4.3.4 高地应力条件下隧道的支护原则研究  88-89
  4.4 高地应力条件下岩爆或大变形的工程措施研究  89-92
    4.4.1 高地应力条件下岩爆区的工程措施研究  89-91
    4.4.2 高地应力条件下大变形的工程措施研究  91-92
  4.5 本章小结  92-94
第五章 结论与展望  94-97
  5.1 主要结论  94-95
  5.2 建议及存在的问题  95-97
致谢  97-98
参考文献  98-101
在学期间发表的论著及取得的科研成果  101

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 隧道工程 > 隧道结构理论 > 隧道围岩理论
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