隧道初期支護(hù)力學(xué)分析及參數(shù)優(yōu)化研究.pdf

1、初期支護(hù)作為隧道工程中最為關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)和極為重要的承載單元，對(duì)其力學(xué)模型的研究長(zhǎng)期以來(lái)一直是隧道及地下工程界的熱點(diǎn)問(wèn)題。但是，初期支護(hù)的工程應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超前于理論研究，目前對(duì)初期支護(hù)的力學(xué)問(wèn)題的研究依然沒(méi)有完全清晰，在很大程度上仍需進(jìn)行更深入的理論探討，同時(shí)在隧道工程實(shí)踐中依然存在潛在風(fēng)險(xiǎn)隱患或過(guò)度浪費(fèi)的現(xiàn)象。因此論文以長(zhǎng)江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃資助（IRT1045）和重慶市寸灘隧道工程為依托，采用資料收集整理、理論分析、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與測(cè)試以及數(shù)

2、值模擬等方法，系統(tǒng)地研究了隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力問(wèn)題以及應(yīng)用研究。論文的主要工作如下：
　?、俑鶕?jù)錨固界面層傳遞界面剪應(yīng)力的機(jī)理，考慮錨桿與圍巖間錨固接觸界面上變形協(xié)調(diào)關(guān)系，建立了全長(zhǎng)錨桿界面剪應(yīng)力的受力模型，然后將錨桿界面剪應(yīng)力以體積力的形式引入圓形隧道圍巖彈塑性分析中，進(jìn)而可探討錨桿支護(hù)系統(tǒng)中錨桿受力狀態(tài)和錨固層界面力學(xué)特征以及分析隧道彈塑性圍巖介質(zhì)中的巖體穩(wěn)定性和支護(hù)結(jié)構(gòu)受力機(jī)制等問(wèn)題；并分析了支護(hù)時(shí)間和錨固層參數(shù)對(duì)應(yīng)力分布

3、規(guī)律的影響。并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)錨桿軸力對(duì)所提出的錨桿力學(xué)模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比與驗(yàn)證。
　?、谕ㄟ^(guò)對(duì)隧道噴射混凝土襯砌的支護(hù)機(jī)理進(jìn)行研究，探討了噴射混凝土的支護(hù)作用，并根據(jù)隧道工程中噴射混凝土的力學(xué)特性，由“圍巖—噴層支護(hù)”共同體的相互作用特點(diǎn)，并考慮噴層與圍巖接觸界面上變形協(xié)調(diào)關(guān)系，運(yùn)用復(fù)合曲梁理論建立了噴層與圍巖結(jié)構(gòu)的復(fù)合承載體的力學(xué)模型，可分析噴射砼與圍巖界面力的影響，進(jìn)而探討噴層結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征和隧道圍巖的穩(wěn)定性。
　?、鄹?/p>

4、據(jù)噴層受到來(lái)自圍巖的形變壓力，將噴射混凝土層視為彈性地基曲梁，將初期支護(hù)中噴層結(jié)構(gòu)按彈性地基曲梁進(jìn)行計(jì)算分析，并以量測(cè)的圍巖與噴層間的接觸應(yīng)力作為邊界條件，來(lái)推求噴層結(jié)構(gòu)內(nèi)力的解析解，可研究隧道實(shí)際情況下的噴層結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中部位。
　?、芡ㄟ^(guò)分析軟弱破碎圍巖段隧道施工現(xiàn)場(chǎng)鋼拱架與噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)的特點(diǎn)和受力特性，建立含有鋼拱架和噴射砼的隧道復(fù)合初期支護(hù)的地基曲梁力學(xué)模型，然后運(yùn)用地基曲梁相關(guān)理論，以現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)獲取的鋼拱架應(yīng)力值為基

5、本參數(shù)來(lái)推求出隧道復(fù)合初期支護(hù)內(nèi)力解析式，從而可迅速分析軟弱破碎圍巖段隧道支護(hù)力學(xué)性能。
　?、輰?duì)軟弱破碎圍巖段初期支護(hù)中錨桿、噴射混凝土和鋼拱架聯(lián)合支護(hù)展開(kāi)分析，根據(jù)圍巖與支護(hù)相互作用特點(diǎn)，研究多種形式的聯(lián)合支護(hù)作用下形成圍巖組合拱的承載體力學(xué)模型。從圍巖—聯(lián)合支護(hù)斷面的幾何形狀上，將系統(tǒng)錨桿形成圍巖拱視為支護(hù)外拱，噴層與鋼拱架則構(gòu)成支護(hù)內(nèi)層拱，然后將二者間的組合拱應(yīng)力進(jìn)行疊加，能夠分析考慮錨、噴、鋼架聯(lián)合支護(hù)條件下的圍巖變形和