廈門翔安海底隧道風(fēng)化槽襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究.pdf

1、本文以廈門翔安海底隧道風(fēng)化槽襯砌的設(shè)計(jì)與施工為背景,圍繞海域風(fēng)化深槽圍巖力學(xué)特性、隧道施工工法和長期穩(wěn)定性及可靠性等關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn),開展系統(tǒng)的室內(nèi)應(yīng)力滲流耦合三軸試驗(yàn)、應(yīng)力滲流耦合流變試驗(yàn),研究風(fēng)化槽圍巖的非線性力學(xué)特性和流變機(jī)理,建立適合廈門翔安海底隧道風(fēng)化槽圍巖特征的本構(gòu)模型,并開展風(fēng)化槽段隧道的合理施工工法及防排水方案研究、圍巖變形現(xiàn)場監(jiān)控量測及反演分析研究。在上述研究基礎(chǔ)上,建立三維計(jì)算模型,對風(fēng)化槽段隧道襯砌結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定性及可

2、靠性進(jìn)行了計(jì)算和評價(jià)。論文的主要研究成果如下:
　　 (1)強(qiáng)風(fēng)化花崗巖滲流應(yīng)力耦合特性研究。通過風(fēng)化槽段強(qiáng)風(fēng)化花崗巖滲流應(yīng)力耦合的三軸試驗(yàn),對廈門海底隧道海域風(fēng)化深槽的圍巖力學(xué)特性開展系統(tǒng)的研究,建立應(yīng)變硬化的風(fēng)化槽圍巖力學(xué)模型；通過強(qiáng)風(fēng)化花崗巖滲流應(yīng)力耦合的三軸流變試驗(yàn),建立蠕變損傷力學(xué)模型,該模型能很好地反映不同應(yīng)力水平下蠕變速率的變化趨勢。
　　 (2)海底隧道風(fēng)化槽段的合理施工工法及襯砌結(jié)構(gòu)受力特征研究。應(yīng)用建

3、立的風(fēng)化槽圍巖力學(xué)模型,數(shù)值仿真全斷面帷幕注漿、超前管棚、小導(dǎo)管支護(hù)和臺(tái)階法、CRD工法及雙側(cè)壁導(dǎo)坑工法開挖下隧道圍巖的穩(wěn)定性,通過對比研究提出CRD工法是風(fēng)化槽隧道施工最優(yōu)工法；研究風(fēng)化槽段在不同防排水方案下隧道襯砌的外水壓力特征；研究滲流應(yīng)力耦合作用下潮汐荷載對隧道襯砌和圍巖穩(wěn)定性的影響；應(yīng)用荷載結(jié)構(gòu)法理論研究海底隧道在不利荷載組合作用下的軸力、彎矩和偏心距特征,并對不同襯砌厚度條件下的襯砌結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行校核,提出工程可行的最優(yōu)襯

4、砌厚度。
　　 (3)廈門翔安海底隧道圍巖變形的監(jiān)控量測、反饋分析及長期穩(wěn)定性預(yù)測。根據(jù)風(fēng)化槽圍巖現(xiàn)場位移監(jiān)控量測的研究成果,采用Nelder-Mead法與有限元聯(lián)合反演法,反演風(fēng)化槽圍巖的力學(xué)參數(shù),結(jié)合流變力學(xué)試驗(yàn)成果,通過三維數(shù)值仿真對海底隧道圍巖和襯砌結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定性進(jìn)行預(yù)測。
　　 (4)廈門翔安海底隧道地下結(jié)構(gòu)支護(hù)可靠性研究。在改進(jìn)的蒙特卡羅法的基礎(chǔ)上,采用能明顯節(jié)省樣本數(shù)量,并能產(chǎn)生任意大小維數(shù)的分層-拉丁超