膨胀性围岩隧道底部隆起力学机理与处治技术研究

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1、分类号:U45710710-2015221015专业硕士学位论文膨胀性围岩隧道底部隆起力学机理与处治技术研究张化川导师姓名职称王永东副教授专业学位类别申请学位类别硕士建筑与土木工程及领域名称论文提交日期2018年4月18日论文答辩日期2018年5月13日学位授予单位长安大学ResearchonMechanicalMechanismandTreatmentTechnologyofTunnelFloorHeaveinSwellingRockAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZhangHuachuanSupervisor：Associat

2、eProf.WangYongdongChang’anUniversity,Xi’an,China论文独创性声明本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：年月日论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术

3、论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。（保密的论文在解密后应遵守此规定）论文作者签名：年月日导师签名：年月日摘要膨胀性围岩隧道底部隆起将严重影响隧道的正常运营，危害隧道结构安全。由于隧底隆起原因、过程及机制不同，加之运营期间隧道围岩所处状态又比较复杂，对隧道结构受力的影响有显著差异。针对这一问题，本文以灵山高速公路恒山隧道病害整治项目为工程背景，对膨胀性围岩隧道底部隆起破坏的机理及规律进行分析，对隧底结构稳定性与膨胀岩范围及含水率的关系进行模拟研究，最后提出隧底结构病害状态评价方法及底部隆起的处治措施。（1）文章通过调查国内31座隧道的底部隆起病害案例，总结分析了影响在运营隧道底部隆起的各

4、种因素，根据隆起的破坏模式，提出其外在表现分别呈“Ʌ”型、“Z”型及“W”型，并分析了隧底隆起破坏机理、发展过程及变形特点。（2）基于塑性极限分析法，分析了隧底围岩在塑性变形情况下的应力及位移特征，对隧道底板极限承载力及破坏深度进行了推算，得出隧底塑性区发展最大深度和边墙侧塑性极限区宽度呈线性增长关系，并运用此方法推算了恒山隧道隧底破坏深度。（3）以恒山隧道病害区段的典型断面为计算模型，模拟隧底围岩增湿膨胀的过程中隧道的力学响应，得出隧底围岩在不同膨胀深度及含水率下，隧道衬砌结构的轴力、弯矩及安全系数。随着膨胀深度及增湿幅度的增大，隧道衬砌所受轴力相应变大，衬砌安全系数随之降低。隧底围岩增

5、湿过程中底角及仰拱是隧道衬砌受力最不利处；对于恒山隧道病害段隧底中等膨胀性泥岩的岩性，确保底部3m内围岩排水畅通能有效抑制隆起现象，保证隧底结构稳定。（4）基于膨胀性围岩隧道隧底隆起病害的特点，利用模糊评价层次分析法，提出评价隧底结构病害状态的方法及流程，对恒山隧道进行了隧底病害的评价；并对在役膨胀岩隧道隧底隆起处治措施进行分类，总结其处治方法的使用条件及施工流程；最后对恒山隧道隧底病害处治进行方案比选，同时根据病害断面的监测数据验证治理方案的合理性。关键词：隧道工程，膨胀性围岩，隧底隆起，隧底病害评价，病害处治iAbstractDuringtheoperationperiodofthes

6、wellingrockstunnel,thefloorheavewillseriouslyaffectthenormaloperationofthetunnelandendangerthesafetyofthetunnelstructure.However,duetothedifferentcauses,processes,andmechanismsoffloorheavedamage,aswellasthecomplexstateofsurroundingrockduringoperation,theimpactonthetunnelstructureissignificantlydif

7、ferent.Inviewofthisseriesofproblems,thispapertakestheLingshanhighwayHengshantunneldiseaseremediationprojectastheengineeringbackground,analyzesthemechanismandrulesofthetunnelfloorheaveduringtheoperationperiodofthe