岩石隧道锚杆支护的强度理论效应研究

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1、分类号:TU45210710-2015228017专业硕士学位论文岩石隧道锚杆支护的强度理论效应研究张成林导师姓名职称张常光副教授专业学位类别申请学位类别工程硕士建筑与土木工程及领域名称论文提交日期2018年4月20日论文答辩日期2018年6月6日学位授予单位长安大学ThestrengththeoryeffectofboltsupportinrocktunnelsAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZhangChenglinSupervisor：AssociateProf.ZhangChangguangChang’anUniv

2、ersity,Xi’an,China摘要岩石隧道是可简化为平面应变问题的常见地下工程结构，围岩弹塑性解答是隧道稳定性分析的理论基础，且锚杆支护可提高隧道的稳定性。目前，对圆形隧道围岩弹塑性分析的研究都是集中在某一方面，并不能在理论上给出总的变化规律。不同的强度准则对结构计算结果的影响非常明显，应综合尽可能多的强度准则，并考虑围岩的变形特征和锚杆支护作用，获得统一形式的隧道塑性理论解答，探究相应的变化规律与具体差异，以供工程设计合理选择并有效指导隧道支护施工。本文针对岩土工程8种常用强度准则，建立了平面应变统一线性方程，并将其应用于无锚杆支护、有锚杆支护两种情况下的围岩弹-脆-塑性分

3、析，获得了具有实际工程指导意义的理论解答。所开展的主要研究内容与取得的重要结论如下：(1)针对岩土工程中常用的8种强度准则，给出每个准则的平面应变表达式，进而归纳建立了适用于8种强度准则的平面应变统一方程。该平面应变统一方程的形式简洁、统一，选取不同的方程参数就能对应得到不同的强度准则，便于探讨平面应变条件下岩土结构的强度理论效应。(2)基于平面应变统一线性方程和弹-脆-塑性模型，综合考虑围岩剪胀特性和塑性区不同弹性应变情况，推导了无锚杆支护隧道围岩的应力与位移解答，并对其进行了可比性分析，结合参数分析讨论了围岩的强度理论效应。结果表明：无锚杆支护隧道围岩的强度理论效应明显，应优先

4、选用广义Matsuoka-Nakai准则、统一强度理论(b=1/2)、Mogi-Coulomb准则和广义Lade-Duncan准则。(3)通过均匀化方法，将锚杆支护围岩转换为均匀、连续的等效材料，并求解围岩的等效残余抗剪强度参数，进而基于平面应变统一方程与锚杆中性点理论，推导了锚杆支护围岩的塑性区半径、塑性区位移和应力解析解，最后探讨了锚杆支护围岩的强度理论效应以及锚杆密度、锚杆长度、强度准则对隧道洞壁位移的影响。(4)对于锚杆支护围岩，锚杆密度的增加可以有效减小隧道围岩的洞壁位移；在具有较高地应力或质量较差的岩体中，只有增加锚杆长度才能有效控制隧道洞壁位移，且锚杆密度和锚杆长度对

5、洞壁位移的影响受强度准则影响。因此，隧道锚杆支护设计应考虑锚杆密度、锚杆长度及强度准则的综合影响。关键词：圆形隧道，锚杆支护，中性点理论，中间主应力，强度理论效应本论文得到以下项目的资助：国家自然科学基金（No.41202191）；中国博士后科学I基金（No.2014M562358）；中央高校基本科研业务费专项资金（No.310828173402）。IIAbstractTherocktunnelisacommonundergroundengineeringstructurethatcanbesimplifiedasaplanestrainproblem.Theelastic-pla

6、sticsolutionsofthesurroundingrockarethetheoreticalbasisofthestabilityanalysisintunnel,whosestabilitycanbeimprovedbyboltsupport.Atpresent,thestudyontheelastic-plasticofsurroundingrockinacirculartunnelisfocusedonacertainaspect,whichcan’tprovidethegeneralvariationrulesintheory.Sincetheinfluenceof

7、differentstrengthcriteriaonthecalculationresultsofgeotechnicalstructuralsisveryobvious,theunifiedplasticitytheorysolutionsofatunnelshouldbeobtainedbyintegratingasmanystrengthcriteriaaspossibleandconsideringthedeformationcharacteristicso