地下洞室開(kāi)挖支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究.pdf

1、地下工程災(zāi)害防護(hù)是防災(zāi)減災(zāi)工程及防護(hù)工程學(xué)科的重要研究方向，但是隨著地下工程的大規(guī)模開(kāi)發(fā)與建設(shè)，巖土體地質(zhì)條件的特殊性、隨機(jī)性和復(fù)雜性越來(lái)越突出，使得人們對(duì)圍巖變形破壞及其力學(xué)機(jī)理、地層錨固支護(hù)規(guī)律等方面的認(rèn)識(shí)還不夠深入，長(zhǎng)期以來(lái)使得地下工程的設(shè)計(jì)施工處于依靠實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和定性階段，往往出現(xiàn)圍巖變形、塌方、冒頂?shù)戎T多工程事故或錨固強(qiáng)度過(guò)大、經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重兩種極端的情形。因此，充分研究地下洞室圍巖變形破壞的力學(xué)機(jī)理，深入認(rèn)識(shí)地下洞室錨固支護(hù)

2、的規(guī)律，在此基礎(chǔ)上合理定量的評(píng)價(jià)圍巖穩(wěn)定性，并采用科學(xué)、定量、動(dòng)態(tài)的方法對(duì)地下洞室工程的開(kāi)挖和支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)定量的方案優(yōu)選，達(dá)到“既安全可靠，又經(jīng)濟(jì)合理”的目的，成為目前巖土工程界迫切需要解決的問(wèn)題，對(duì)正確指導(dǎo)地下結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工也具有重大的理論意義、現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的社會(huì)意義。 本論文針對(duì)目前地下工程建設(shè)的需要和所存在的不足，按“新奧法”信息化設(shè)計(jì)施工的思想，考慮圍巖與支護(hù)的共同作用，將數(shù)值分析軟件FLAC<'3D>程序

3、應(yīng)用于地下洞室錨固設(shè)計(jì)，并以圍巖分類(lèi)為橋梁，基于工程類(lèi)比法，對(duì)地下洞室開(kāi)挖與加固穩(wěn)定性問(wèn)題進(jìn)行數(shù)值模擬，研究開(kāi)挖導(dǎo)致圍巖變形破壞規(guī)律、支護(hù)結(jié)構(gòu)錨固機(jī)理和規(guī)律，并借助正交試驗(yàn)法進(jìn)行設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)選的系統(tǒng)的、全面的、綜合的研究。最后以江西上奉隧道這一具體工程為例，進(jìn)行巖體開(kāi)挖支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，為上奉隧道后續(xù)設(shè)計(jì)與施工，以及其他同類(lèi)地下洞室工程的開(kāi)挖與支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)及施工提供科學(xué)依據(jù)和參考。 全面分析了國(guó)內(nèi)外地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)理論、圍巖穩(wěn)定性分析

4、理論與方法及地下洞室結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀，進(jìn)而綜合研究了地下洞室圍巖穩(wěn)定性問(wèn)題，并探討了圍巖穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)方法、影響因素及失穩(wěn)判據(jù)，然后針對(duì)圍巖變形失穩(wěn)的特點(diǎn)和規(guī)律，對(duì)不同類(lèi)型的錨固方式進(jìn)行了錨固機(jī)理研究，以正確指導(dǎo)錨固方案選擇，合理完成優(yōu)化設(shè)計(jì)，并全面研究分析了不同錨固方式的仿真方法，根據(jù)錨固方式和地下洞室的特點(diǎn)，選取了合適的數(shù)值模擬軟件。 研究并解決了優(yōu)化設(shè)計(jì)的技術(shù)問(wèn)題，全面分析了國(guó)內(nèi)外圍巖分類(lèi)方法及研究應(yīng)用現(xiàn)狀，選擇合理的圍

5、巖分類(lèi)方法，以根據(jù)工程類(lèi)比進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，為正確指導(dǎo)地下洞室優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了前期準(zhǔn)備。研究了不同開(kāi)挖支護(hù)參數(shù)對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響，通過(guò)對(duì)不同方案的數(shù)值模擬或正交試驗(yàn)，研究分析了圍巖穩(wěn)定、圍巖應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律、破壞區(qū)規(guī)律，確定了各參數(shù)對(duì)圍巖破壞的作用機(jī)理、影響特征及影響程度的大小，確定了主要影響參數(shù)，為優(yōu)化設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用提供了必要的參考。 最后，以江西上奉隧道為例，進(jìn)行了洞室開(kāi)挖及支護(hù)全過(guò)程的三維彈塑性仿真計(jì)算，根據(jù)不同開(kāi)挖支護(hù)參數(shù)的研究，