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基于块体理论的隧道围岩稳定性研究及其可靠度分析

作　者: 李森林
导　师: 黄生文
学　校: 长沙理工大学
专　业: 岩土工程
关键词: 稳定性块体理论 Unwedgev.3.0程序敏感性可靠度
分类号: U451.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 355次
引　用: 5次
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内容摘要

在隧道施工过程中,由于岩体天然应力状态遭到破坏,引起隧道周围岩体的卸荷回弹和应力重分布,当这种回弹应力和重分布应力超过围岩所能承受的范围时,将造成某些块体沿着结构面失稳,进而造成工程岩体的失稳破坏,给施工带来严重威胁,直接影响施工的安全和进度。自二十世纪80年代,石根华博士正式提出块体理论(BlockTheory)以来,随着国内外学者认识和研究的深入,其研究方法己经较为成熟,块体理论日益被广泛接受。本文以深圳沙湾隧洞和浙江大梁山隧道为工程实体,应用块体理论原理,建立了隧道和结构面的实体模型,详细介绍了块体理论的建模过程、块体边界条件的确定、块体的几何模型以及几何参数的确定,应用矢量运算对由隧道临空面和岩体中的结构面构成的块体进行稳定性分析,并采用Unwedgev.3.0程序对块体的稳定性进行了评价,详细展示了该程序评价稳定性的过程,并将程序所得结果与解析解进行了对比分析,得出了较满意的结果,进而采用该程序对隧洞进行了支护设计。然后在考虑地应力的情况下对块体进行了稳定性评价,并与不考虑地应力的结果做对比分析。最后对一些影响块体稳定性的因素的敏感性做了一些研究,得出它们之间大致的关系曲线。本文最后部分对大梁山隧道块体稳定性的可靠度指标进行了初步研究,介绍了可靠度方法的发展现状,建立了块体稳定性的极限状态方程,并采用JC算法得出了块体稳定性的可靠度指标,将可靠度方法和安全系数方法进行了对比分析。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-17
  1.1 概述  11-12
  1.2 围岩稳定性研究现状  12-13
    1.2.1 工程地质判别法  12
    1.2.2 解析分析法  12
    1.2.3 数值模拟法  12-13
    1.2.4 图解分析法  13
  1.3 块体理论的研究现状  13-14
  1.4 可靠度的研究现状  14-16
  1.5 本文的主要研究内容、思路  16-17
第二章块体理论的基本原理  17-25
  2.1 概述  17-18
  2.2 块体理论的基本原理  18-24
    2.2.1 块体分类  19-20
    2.2.2 块体的几何分析  20-21
    2.2.3 运动学分析  21-23
    2.2.4 力学分析  23-24
  2.3 块体理论本身存在的问题  24-25
第三章利用块体理论分析隧道围岩块体的稳定性  25-40
  3.1 关键块体边界条件的确定  25-29
    3.1.1 临空面的数学表达式  25-26
    3.1.2 块体顶点的求解  26-29
  3.2 四面体的几何模型及几何参数的确定  29-32
    3.2.1 平面四面体的几何参数  29-30
    3.2.2 曲面四面体的几何参数  30-32
  3.3 不稳定块体的运动学分析  32-33
  3.4 块体稳定性评价  33-35
  3.5 利用块体理论计算块体稳定性流程图  35
  3.6 实例分析  35-40
    3.6.1 隧洞右上侧块体稳定性分析  37-40
第四章 Unwedge 程序在块体稳定性分析中的应用  40-46
  4.1 Unwedge 程序的基本原理  40
  4.2 Unwedge 程序中块体的受力分析  40-43
    4.2.1 主动力矢量  40-42
    4.2.2 被动力矢量  42-43
  4.3 Unwedge 程序中的稳定安全系数分析  43-46
    4.3.1 滑落安全系数  43-44
    4.3.2 无支撑时的安全系数  44
    4.3.3 有支撑时的安全系数  44-46
第五章应用 Unwedge 程序对沙湾水工隧洞围岩进行稳定性分析  46-66
  5.1 工程概况  46
  5.2 工程地质条件  46
  5.3 隧洞围岩稳定性分析  46-64
    5.3.1 模型的建立  47
    5.3.2 隧洞基本参数的设置  47-48
    5.3.3 优势结构面的参数设置  48-49
    5.3.4 关键块体模型的生成  49-53
    5.3.5 块体的稳定性评价  53
    5.3.6 结果对比及分析  53-54
    5.3.7 支护方案设计  54-57
    5.3.8 锚杆的受力分析  57-59
    5.3.9 考虑地应力作用的块体稳定性分析  59-62
    5.3.10 各结构面及隧道的参数对块体稳定性的影响  62-64
  5.4 Unwedge.v.3.0 程序的优缺点  64-66
第六章隧道围岩块体稳定性的可靠度分析  66-79
  6.1 可靠度分析的概念  66
  6.2 可靠度分析的特点  66
  6.3 本文可靠度分析的基本假设  66
  6.4 块体稳定可靠度分析模型的建立  66-69
    6.4.1 沿单结构面滑动情况下的极限状态方程  67-68
    6.4.2 沿双结构面滑动情况下的极限状态方程  68-69
  6.5 工程实例分析  69-79
    6.5.1 工程概况与工程地质特征  69-70
    6.5.2 隧道围岩岩体结构特征  70-71
    6.5.3 可动块体的判断  71-74
    6.5.4 围岩块体滑动极限状态方程的建立  74
    6.5.5 标准差的估算  74-76
    6.5.6 围岩块体稳定性的可靠度计算  76-79
结论及建议  79-81
参考文献  81-84
致谢  84-85
附录 A （攻读学位期间发表论文目录）  85
附录 B （攻读学位期间参加的科研课题项目）  85

基于块体理论的隧道围岩稳定性研究及其可靠度分析

内容摘要

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