地表水入渗对浅埋大断面黄土隧道稳定性影响分析

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1、密级无分类号U45工程硕士学位论文地表水入渗对浅埋大断面黄土隧道稳定性影响分析杨东升指导教师薛山高工姚军高工申请学位级别工程硕士工程领域建筑与土木工程2018年5月11日地表水入渗对浅埋大断面黄土隧道稳定性影响分析学科：建筑与土木工程研究生签字：指导教师签字：摘要黄土覆盖区域表层黄土一般为Q4、Q3期新黄土，土组构颗粒间黏结性差，孔隙率较大，降雨或灌溉等地表水入渗后，土体结构易遭到破坏。当隧道穿越浅埋段时，加上施工对围岩的扰动，此类工程更容易产生达到地表的裂缝和坑穴，最严重时可能形成塌方，施工人员的安全会受到严重威胁。本文依托陕西某大断面黄土隧道的超浅埋段，根据现场监控测量以及室内土三轴试验数

2、据，使用MidasGTSNX软件建立了隧道施工模型，对不同降雨强度、时长情况下隧道开挖过后的稳定性进行了定量分析，主要成果如下：（1）陕西关中某黄土隧道取回原状土，测试了自然与饱和含水率，并按照含水率对试样进行了分组，做了三轴剪切试验和等压试验。主要得到以下结论：随着含水率增大，试样的弹性阶段和屈服阶段持续的应变总量并无较大变化，但开始出现明显的破坏阶段；试样的破坏受含水率和围压两项指标的影响最为明显，破坏程度随前者的增大而减小，后者的增大而增大；黄土力学性质中受含水率影响较大的是弹性模量及粘聚力，内摩擦角相较这两项受影响较小。（2）依托三轴试验数据，以胡克定理，德鲁克公设和依留辛公设为理论基

3、础，建立了地表水入渗后黄土的弹塑性本构关系。经过验证，本构关系计算得到的应力-应变曲线与试验数据拟合效果良好。同时，与经典剑桥模型进行对比，新的本构关系对陕西关中地区的非饱和黄土有更好的适用性。（3）采用Midas软件中的渗流-耦合模块对降雨入渗后围岩的含水率进行分析，依据陕西关中地区降雨强度添加地表渗流，流量分为强、中、轻三个级别。计算结果表明三种降雨强度对含水率造成的影响规律比较接近：地表约1m厚土层的含水率在降雨后达到饱和，影响程度随深度增加而降低，达到3到5m时影响基本可以忽略。根据降雨后的含水率分布规律，计算每1m厚土层的平均含水率，近似的认为土层内含水率均为平均含水率，并用三轴试验

4、中该平均含水率试样的性质对土层的参数进行修改。用这种方法来近似的模拟降雨对围岩性质的影响。（4）由数值分析结果可见，隧道围岩变形、支护受力分析中，隧道的拱顶沉降受降雨影响最大，沉降值增加20％~40％，初支混凝土和二衬钢架的应力也增加明显，增幅约在15％~20％之间，说明降雨对浅埋大断面黄土隧道的稳定性影响较大。应加强支护结构强度，保证结构的安全和稳定。关键词：大断面黄土隧道；地表水入渗；土三轴试验；本构关系；稳定性分析Analysisoftheinfluenceofsurfacewaterinfiltrationonthestabilityofshallowburiedlargesectio

5、nloesstunnelDiscipline:ConstructionandcivilengineeringStudentSignature:SupervisorSignature:AbstractIntheLoesscoveredarea,loessonthesurfaceisgenerallyQ4andQ3newloess.Thecohesivepropertyofthesoilfabricgrainsispoorandtheporosityislarge.Aftertheinfiltrationofsurfacewatersuchasrainfallorirrigation,thesoi

6、lstructureiseasytobedamaged.Duringtheconstructionperiodandthetunnelisundershallowburiedsection,suchprojectsaremorelikelytogeneratecracksandpits.Theworstpossibilityiscausinglandslides,suchdamagewouldstronglythreatthesafetyofstuff.Basedonashallowburiedlargesectionloesstunnel,usingthreeaxistestandfield

7、measurementdata,analyzedthestabilityofthetunnelunderdifferentrainfallintensityanddurationsituationbyMidassoftware,themainresultsareasfollows:(1)RetrievedundisturbedsoilfromaloesstunnelinGuanzhongDistr