基于黏彈性理論的隧道圍巖應(yīng)力分析研究.pdf

1、我國三分之二的國土面積是山地和丘陵，隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國鐵路和公路隧道也進入的高速發(fā)展時期，已經(jīng)成為世界上隧道最多的國家。分析黏彈性圍巖條件下隧道開挖圍巖內(nèi)部的應(yīng)力、位移變化規(guī)律，研究“圍巖-初次襯砌-二次襯砌”之間的作用關(guān)系和圍巖荷載在圍巖和支護結(jié)構(gòu)中傳遞和分配的規(guī)律是目前隧道開挖理論中的一個重要課題。同時，隧道開挖過程中的穩(wěn)定性預(yù)測依賴于監(jiān)測數(shù)據(jù)，基于反演目的對監(jiān)測監(jiān)控方案進行優(yōu)化，建立多信息源的反演理論，可以為隧道穩(wěn)定性分析提

2、供更加接近實際的反演結(jié)果。
　　 本文在視圍巖為黏彈性體，以研究隧道開挖過程中圍巖和支護結(jié)構(gòu)應(yīng)力與變形規(guī)律為目標，在分析不同開挖方式、不同支護結(jié)構(gòu)的圍巖應(yīng)力和變形的的基礎(chǔ)上，利用敏感性分析對隧道監(jiān)測方案進行優(yōu)化，進行隧道模型和參數(shù)的反演，建立以應(yīng)變作為基礎(chǔ)信息的反演分析方法。
　　 (1)在彈性和黏彈性隧道解析解的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出在考慮洞周位移條件下圓形黏彈性隧道的圍巖和支護結(jié)構(gòu)的解析解，定義了位移增量釋放率和應(yīng)力增量釋放

3、率并分析二者之間的關(guān)系，即在均勻受壓條件下二者相等，可以利用圍巖-初襯支護體系中應(yīng)力增量判定圍巖的穩(wěn)定性，并依此確定施做二次襯砌的時機。
　　 (2)通過對不同圍巖條件下的隧道進行三維數(shù)值模擬和分析，研究隧道開挖過程中圍巖的位移、應(yīng)力、應(yīng)變及其釋放率與開挖面位置、巖質(zhì)之間的關(guān)系，研究了雙向開挖貫通式隧道位移釋放的情況。
　　 (3)軟弱圍巖隧道的修建往往需要一些臨時支護結(jié)構(gòu)提高圍巖的穩(wěn)定性，而軟弱圍巖往往表現(xiàn)出較強的流變

4、性，所以有必要對黏彈性條件下臨時支護對圍巖和支護結(jié)構(gòu)的影響進行研究，本文主要研究鎖腳錨桿和臨時仰拱對隧道拱頂沉降、洞周收斂的作用以及時間與開挖步驟對支護效果的影響。
　　 (4)分析了監(jiān)控量測各個項目的特點，提出了進行現(xiàn)場應(yīng)變監(jiān)測的方法，利用敏感性分析研究黏彈性圍巖條件下監(jiān)測方案優(yōu)化理論，建立應(yīng)變反分析的方法體系。
　　 主要創(chuàng)新點：
　　 (1)推導(dǎo)出在考慮洞周位移條件下圓形黏彈性隧道的圍巖和支護結(jié)構(gòu)的解析解，

5、定義了位移增量釋放率和應(yīng)力增量釋放率并分析二者之間的關(guān)系，并提出可以依據(jù)應(yīng)力增量釋放情況確定施做二次襯砌的時機。
　　 (2)提出利用鋼弦式傳感器進行圍巖內(nèi)部應(yīng)變監(jiān)測的方法，初步建立以應(yīng)變作為基礎(chǔ)信息的反分析理論體系，確定試驗設(shè)計應(yīng)變反分析的實驗評價指標，應(yīng)變智能反分析方法和優(yōu)化反分析法的目標函數(shù)。
　　 (3)對黏彈性條件下鎖腳錨桿和臨時仰拱兩種臨時支護形式的支護效果進行研究，得到了臨時支護效果和施工時間之間的關(guān)系。<