考虑层状围岩蠕变效应的隧道结构受力特性研究

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1、国内图书分类号：U459.2密级：公开国际图书分类号：624西南交通大学硕士研究生学位论文考虑层状围岩蠕变效应的隧道结构受力特性研究年级二〇一五级姓名杨清浩申请学位级别工学硕士专业桥梁与隧道工程指导教师何川教授二零一八年五月ClassifiedIndex:U459.2U.D.C:624SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisRESEARCHONMECHANICALBEHAVIORSOFTUNNELSINROCKMASSESWITHBEDDEDJOINTSCONSIDERINGCREEPEFFECTSGrade:2015Candida

2、te:YANGQinghaoAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:BridgeandTunnelEngineeringSupervisor:Prof.HEChuanMay,2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要由于层状岩体的各向异性特征，在此类地层中修建隧道，支护结构会受到明显的偏压荷载。同时，围岩的蠕变效应会使隧道结构所受荷载随时间增长，使其处于更加不利的力学环境。鉴于此，本文以汶马高速公路鹧鸪山隧道为工程背景，采用现场试验、室内试验、数值模拟等手段，分析了层状岩体的力学特性，并深入研究了层状岩体的

3、层理面倾角、侧压力系数以及蠕变效应对隧道结构的影响。主要研究内容如下：（1）通过轴向压缩试验，研究了千枚岩的变形和强度特性随层理面倾角的变化规律。建立了模拟压缩试验的数值模型，探明了不同层理面倾角条件下，完整岩石和层理面的细观参数对千枚岩轴向压缩特性的影响程度。（2）通过现场测试，研究了千枚岩地层中隧道结构所受的围岩压力，钢拱架内力和二次衬砌内力随时间的变化规律。结果表明：隧道结构受到了明显的偏压荷载，围岩蠕变效应会导致结构内力随时间增长。（3）通过建立层状围岩-结构相互作用数值模型，比较了同时考虑岩石和层理蠕变和只考虑岩石蠕变两种条件下隧道的受力特征。结果表明：同时考虑岩石和层理

4、蠕变时，隧道受力随时间的变化规律与实测规律更为符合。基于该模型，根据现场测试数据，采用粒子群优化算法辨识出了合理的围岩蠕变参数。（4）通过数值模拟，分析了层理面倾角变化对隧道结构内力的影响。结果表明：竖向和水平向地应力相等时，结构内力沿洞周的分布规律受到层理面倾角的影响明显。在此基础上，考虑层状围岩的蠕变效应，预测了不同层理面倾角条件下，二次衬砌和锚杆最有可能发生破坏的位置以及可能的破坏时间。（5）分析了侧压力系数变化对隧道结构内力的影响，结果表明：竖向和水平向地应力不等时，结构内力沿洞周的分布规律受到层理面倾角的影响相对不明显，但结构内力的量值会受到影响，且不同侧压力系数下，影响

5、规律不同。随着侧压力系数的增大，层理面导致的二次衬砌内力的非对称分布现象会越来越不明显。关键词：隧道、千枚岩、层理、蠕变、结构安全性西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractDuetotheanisotropicbehaviorsoftherockmasseswithbeddedjoints,supportingstructuresoftunnelsbuiltinsuchrockmasseswouldbesubjecttoconsiderablyasymmetricloads.Besides,thecreepeffectsofrockmasseswouldleadthe

6、loadsonstructuresincreasewithtime,causingtunnelsinmoreunfavorablestates.Therefore,basedontheZhegushanTunnelinWenchuan-MaerkangHighway,themechanicalbehaviorsoftherockmasseswithbeddedjointsareanalyzedbyfieldtests,laboratorytestsandnumericalsimulations,andtheinfluenceoftherockmassesontunnelsisinv

7、estigated.Intheinvestigation,thedirectionofbeddedjoints,thelateralpressurecoefficientandthecreepeffectsarechosenasdominatedfactors.Themainresearchcontentsareasfollows:(1)Accordingtotheresultsofaxialcompressiontestsonphyllitespecimens,th