隧道围岩流变对衬砌结构长期安全性影响规律研究

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1、学校代码：密级：公开交乂孳硕士学位论文隧道围岩流变对衬砌结构长期安全性影响规律研究作者姓名高丽君学科专业桥梁与隧道工程由导教师刘保国教授培养院系土木建筑工程学院二零五年六月硕士学位论文險道围岩流变对衬砌结构长期安全性影响规律研究作者：品师：刘保国教授北京交通大学年月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供査阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。保密的学位论文在解密

2、后适用本授权说明）学位论文作者签名导师签名签字期：年月签字期年月丨学校代码：密级：公开北京交通大学硕士学位论文隧道围岩流变对衬砌结构长期安全性影响规律研究作者姓名：高丽君学号：导师姓名：刘保国职称：教授学位类别：工学学位级别：硕士学科专业：桥梁与隧道工程研究方向：隧道工程北京交通大学年月致谢本论文是在我的导师刘保国教授的悉心指导下完成的，刘保国教授渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。从论文的选题、研究过程、撰写以及修改，无处不渗透着导师的心血。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢。感谢乔春生老师、刘开

3、云老师对于我的科研工作和论文提出的许多宝贵意见，本论文的完成离不幵这些意见的指导。本论文的顺利完成，离不幵各位师兄弟、同学和同窗好友的关心与帮助。在此感谢张凤博士、史小萌博士、亓轶博士、王龔博士等博士师兄对我论文研究工作给予的热情帮助与指导；感谢撰写论文期间朝夕相处的同门好兄弟谢丹、崔增辉同学，是他们给予了我极大的鼓励与支持；感谢同窗好友何卫、韩仁贤、冯红喜、呼志明等朋友给予的帮助。另外要特别感谢我的家人，他们一直是我学习与奋斗的动力，是他们的理解和支持才使我能够专心完成我的学业。在此祝他们身体健康、平安幸福，毕业后的我一定会用实际行动回馈他们多年来的爱。最后还

4、要感谢评阅此论文和参加答辩的各位专家、教授，文中引用参考文献的各位专家学者在此一并感谢。摘耍摘要改革丌放多年来，伴随着我国交通事业的快速发展，修建了大量的隧道及地下工程，取得了令人瞩目的成就。同时运营多年的隧道会出现衬砌幵裂、剥落掉块，渗漏水等病害现象，影响隧道的常使用，因此研究隧道结构的耐久性问题成为一大课题。目前针对这一课题研究较多的主要是从混凝土腐蚀速率的角度出发，而从岩石流变学的角度，对围岩与衬砌间相互作用力的研究还比较少，且现有的理论都是针对静水压力作用下的圆形隧道，对于二向不等压作用下围岩与衬砌相互作用力的解析解还没有给出。本文从岩石流变学的角度，将

5、围岩视为粘弹性体，衬砌视为弹性体，从理论上，推导了在二向不等压作用下圆形隧道围岩与衬砌间相互作用力随时间变化的解析解，并进一步推导了衬砌的安全系数随时间变化的解析解。为了对理论推导的结果进行验证，利用软件对其做了数值模拟，对于工程上应用较多的非圆形隧道也做了数值计算，并对其耐久性做了评价。针对“隧道围岩流变对衬砌结构长期安全性影响规律研究”这一课题，本文研究工作及取得的成果如下：将围岩视为流变介质，且符合流变模型，将衬砌视为弹性体，利用“弹性粘弹性”对应原理，推导了圆形隧道在二向不等压作用下围岩与衬砌间相互作用力随时间变化的解析解，进一步给出衬砌安全系数随时间变

6、化的解析解。利用软件，将推导的公式进行编程计算，绘制了安全系数随时间变化的曲线；使用软件，围岩采用本构模型，衬砌采用弹性模型，模拟了侧压力系数为的情况下，衬砌结构内力随时间变化的规律，并应用容许应力法，对衬砌的安全系数做了评价；针对圆形隧道，在同等条件下，将理论推导与数值模拟所得的安全系数进行对比分析，发现二者所得结果一致，验证了本文理论推导和数值模拟结果的正确性；对于工程上应用较多的三心圆拱隧道，以绩黄高速佛岭隧道为例，利用软件对其进行模拟计算，计算得到隧道运营年后的安全系数为满足衬砌结构年正常使用的要求。关键词：岩石流变；模型；解析解；安全系数；耐久性；数值

7、模拟ABSTRACTABSTRACTMorethan30yearsofReformandOpeningup,withtherapiddevelopmentoftransportationinourcountry,wehavebuiltalargenumberoftunnelandundergroundengineering,andmaderemarkableachievements.Atthesametime，，，，，”，，，北京交通人卞硕十学位论文，，：；L1珙目录顧问题的提出及选题意义国内外研究现状理论研究方面数值分析方面研究内容、方法和创新点研究内容研究方

8、法主要创新点岩石流变的基