深埋黄土隧道系统锚杆对弹性抗力的影响分析

研究目的:围岩弹性抗力系数对衬砌结构的受力状态影响很大,本文从系统锚杆与围岩抗力特性的角度出发,对深埋黄土隧道系统锚杆的作用进行分析。通过对锚杆施作处围岩变形的分析,由静力等效推导出系统锚杆与弹性抗力系数的关系式,并基于现场试验与理论计算进行对比分析,对关系式进行修正,分析锚杆长度、锚杆间距、隧道开挖影响范围以及围岩的弹性模量对系统锚杆作用的影响,最后通过数值模拟进一步分析系统锚杆的作用效果。研究结论:(1)大断面深埋黄土隧道系统锚杆受压状态下,可显著提高围岩的弹性抗力系数,进而优化结构的受力,控制结构的变形,提高支护结构的安全性;(2)锚杆的长度越大,锚杆环向间距、隧道开挖影响范围和围岩弹性模量越小,受压状态锚杆对围岩弹性抗力系数的改善效果越明显;(3)围岩条件越差时,锚杆的作用效果越明显,相反当围岩条件越好,锚杆对结构的改善作用越小,可以适当地减少系统锚杆的施作;(4)本文研究方法及结论可为以后类似系统锚杆作用分析提供借鉴和参考。

基于松动圈理论深埋黄土隧道围岩压力计算方法

为研究深埋黄土隧道的围岩压力计算方法,通过对深埋黄土隧道开挖后的围岩应力状态进行分析,明确了松动圈的定义,推导了松动圈的表达式,提出了基于松动圈理论的深埋黄土隧道围岩压力计算方法,并基于现场试验监测数据,与既有计算方法的计算结果进行了对比分析,验证了该方法的适用性,分析了含水率变化对老黄土的物理力学参数和围岩压力的影响。结果表明:松动圈为塑性区的内圈,是塑性区内切向应力小于初始地应力的部分;黄土隧道的松动圈较普通巷道和岩石隧道的松动范围大得多,更易受隧道开挖影响;基于松动圈理论的围岩压力计算方法与其他计算方法相比较,计算结果与实测值接近且存在一定的安全储备,使用该方法对深埋黄土隧道围岩压力进行计算是可行的;含水率变化对黏聚力影响较大,由17%增大到21%时,黏聚力减小了25%,围岩压力增大了30%。可见,基于松动圈理论的围岩压力计算方法可为深埋黄土隧道以及其他软弱土质围岩隧道的围岩压力计算提供思路。

深埋黄土隧道初期支护破坏模式研究

研究目的:分析初支结构在施工过程中的破坏模式,对于研究深埋黄土隧道初支的受力机理以及优化隧道设计具有重要意义。本文以蒙华铁路阳山隧道工程为依托,通过水文地质情况、围岩压力、格栅应力等方面的分析,结合施工过程中初支结构的破坏情况,从而获得深埋黄土隧道初支结构的破坏模式。研究结论:(1)受老黄土节理发育影响,深埋隧道开挖过程中围岩容易产生较大的拱顶沉降,对初支结构造成的压力较大;(2)地表水的渗透会弱化老黄土节理面之间的强度,对围岩稳定性影响较大;(3)初支结构在拱肩部位的轴力值和弯矩值较其他位置偏大,容易发生小偏心受压的脆性破坏;(4)本研究成果可为深埋黄土隧道初支的受力机理研究和工程设计提供参考。

深埋黄土隧道拱腰部锚杆支护的必要性研究

为了检验拱腰部位锚杆支护结构的对黄土隧道沉降的作用,本文以兰秦快速公路付家窑隧道为工程依托,利用MIDAS/GTS有限元分析软件分两种工况对该问题进行探究,得出如下结论,对于浅埋隧道,在拱腰部设置锚杆支护,能够降低隧道拱顶沉降,但效果不明显,考虑到工程造价等问题,对于深埋黄土隧道不建议在拱腰处加锚杆。

深埋老黄土隧道围岩劣化对支护受力影响分析

为解决围岩劣化所导致的深埋老黄土隧道初期支护破裂问题,以蒙华铁路阳山隧道深埋老黄土围岩劣化初期支护破裂段为工程依托,通过补勘、数值分析、应力监测等手段对深埋老黄土及围岩劣化工况的支护受力特征作对比分析,得到如下结论:1)在原围岩参数工况下,喷射混凝土全环受压,上台阶喷射混凝土受力较大,最大压应力位于拱顶,同时上台阶拱脚有较大剪切应力;2)在围岩劣化但未形成连续滑移面的工况下,上台阶的弯曲压应力显著增大,最大压应力仍位于拱顶,且上台阶拱脚处易发生压剪破坏;3)在围岩劣化且形成连续滑移面的工况下,最大剪切应力与最大压应力位于同一位置——滑移体与衬砌接触的上部边界,此处易发生压剪破坏且位置随着破裂滑移面的变化而变化,分布范围在上台阶拱腰至拱脚处。