浅谈岩溶公路隧道围岩—支护结构受力特性数值模拟分析

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1、重庆交通大学硕士学位论文岩溶公路隧道围岩—支护结构受力特性数值模拟分析姓名：李贻伟申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：徐林生20100401摘要我国是岩溶分布最广的国家，岩溶这种不良地质现象的存在给岩溶区公路隧道的开挖施工和运营安全造成严重威胁。探索溶洞对公路隧道围岩和支护结构的影响规律，开展岩溶区公路隧道的衬砌结构优化对策研究，对加快岩溶区隧道的建设有着直接的推动作用。论文以平阳隧道和天池隧道为工程背景，针对岩溶区公路隧道建设中隐伏溶洞对隧道围岩一支护结构稳定性的影响，以及岩溶富水区公路隧道结构的受力特性和结构设计等问题做了比较深入的研究和探索。本文研究的主要内

2、容有：首先，采用通用有限元软件ANSYSIO．0对平阳隧道典型构造溶蚀地段隧道的开挖和支护施工过程进行了三维弹塑性数值模拟分析，重点研究了既有隐伏溶洞对隧道围岩和初期支护结构稳定性的影响。其次，简要介绍了隧道外水压力的研究现状，并对不同外水压力作用天池隧道典型断面隧道围岩的受力和变形规律，以及二次衬砌结构的受力特性和安全性进行了数值模拟分析研究。最后，对不同二次衬砌厚度、不同衬砌断面轮廓条件下天池隧道结构的稳定性进行了数值模拟研究，重点分析了二次衬砌的内力变化特征，以及衬砌结构的抗水压性能。根据有限元数值模拟计算结果，对岩溶区公路隧道的开挖施工和支护设计有如下结论和建议

3、：1．底部溶洞的存在不仅降低了溶洞前后方隧道围岩的稳定性，也在一定程度上削弱了初期支护喷射混凝土的安全性。因此，岩溶隧道工程的施工必须坚持一探一挖制度，全断面预注浆和超前支护也十分必要。2．随着外水压力的增加，隧道二次衬砌各部位的内力大体上均有所增加，而仰拱隅角部位的内力的增加速率最大，尤其是弯矩增加较快，导致该部位的偏心距较大，安全系数也最低，是整个二次衬砌结构受力最薄弱环节。3．当衬砌外水压力较大时，采取适当增大仰拱半径和仰拱连接半径(二者圆心位置不变)的措施对衬砌断面进行优化后，可有效提高隧道衬砌结构的抗水压性能。关键词：岩溶隧道；溶洞；外水压力；受力特性；数值模

4、拟；优化ABSTRACTKarstexistsextensivelyinChina,it’Sakindofpoorgeologyconditionswhichaffecttheconstructionandoperationofroadtunnelsseriously．StudyontheinfluenceofkarstuponthestabilityoftunnelsurroundingrockandsupportsnllctI鹏hasdirectlyimpulsedtheconstructionofkarsttunnel．AccordingtoPingyangtun

5、nelandTianchitunnel，theinfluenceofconcealedcavernsonthestabilityoftunnelsinKarstregionisresearched，whilethemechanicalcharacteristicsofsecondaryliningandthe咖ctl】1-edesignoftunnelinabundantwaterandkarstzonearestudieddetailedly，whichmainlycontainsasfollows：Firstly,constructionprocessofPingy

6、angtunnelintectonicandcorrodedregionisnumericallysimulatedwithelasto—plasticFEMbyusingANSYS10．0software，thentheinfluenceofconcealedcavernsonthestabilityoftunnelisanalyzed．Secondly，theresearchofexternalhydraulicpressureontunnelliningstruc眦issummaried．Themechanicalcharacteristicsaswellassa

7、fetyfactorsofthesecondaryliningofTianchitunnelUnderdifferentexternalhydraulicpressurearestudied．Lastly，thestabilityofliningstructurewithdifferentthicknessandsectionofTianchitunneliSanalyzedwithelasto．plasticFEM．Themechanicalcharacteristiesaswellassafetyfactorsoftheseconda