断层破碎带隧道衬砌受力特性研究

摘要：

为了分析断层破碎带隧道衬砌的受力特性,为断层破碎带隧道衬砌的设计与施工提供理论指导,结合兰州-临洮高速公路新七道梁隧道这一实际工程,开展了一系列研究工作,并得到了一些有益的结论.博士学位论文哪(1) 对新七道梁隧道的施工过程进行了现场监控量测,并采用单因数优选法对监测到的洞周收敛变形进行了回归分析,模拟了洞周的变形规律,进行了信息反馈.(2) 根据实测的收敛位移和拱顶下沉量,采用平面应变边界元程序BMP90进行了位移反分析,得到了初始地应力侧压系数和围岩的等效弹性模量.(3) 推导了围岩的弹性、弹塑性二次、三次应力状态及位移状态,得到了径向应力与切向应力随距洞周距离增加的变化规律.(4) 用8节点等参元将分析范围离散化,同时用推导出的6节点曲边节理单元模拟复合式衬砌中间的防水层,采用二维弹塑性平面应变有限元法,用8个阶段模拟了隧道的实际开挖修建过程,分析了防水层的考虑与否对计算结果的影响.(5) 选取包括断层破碎带和断层影响带在内的沿隧道纵向300 m的计算区域,用8节点六面块体单元将计算区域离散化,同时用推导出的8节点三维节理单元模拟隧道衬砌的变形缝,采用三维弹塑性静力有限元法模拟分析新七道梁隧道各个施工阶段以及建成后围岩和衬砌的受力与变形状态.通过分析比较不设置变形缝、在断层破碎带中间设置一条变形缝、在断层破碎带起止处设置2条变形缝等3种工况的计算结果,可得以下几点:①断层破碎带处的坑道变形和围岩塑性区均明显比非断层破碎带处要大;②由于断层破碎带的影响,初期支护、二次衬砌内力的增加幅度约为10%～30%;③在断层破碎带施做变形缝能够明显起到释放衬砌和围岩中变形能的作用.(6) 采用子空间迭代法对有限元体系进行了振型分析,得到了有限元体系的特征值、自振周期和1～5振型的自振形式.(7) 对计算区域进行了三维弹塑性八度地震区地震响应分析.通过分析比较不设置变形缝、在断层破碎带中间设置1条变形缝、在断层破碎带起止处设置2条变形缝等3种工况的计算结果,可得以下几点:①在地震作用下,初期支护和二次衬砌的强度检算均为受拉控制;②在断层破碎带附近,地震响应呈明显的放大趋势;③在断层破碎带或围岩变化处,隧道衬砌宜设置变形缝,这样能够有效降低隧道衬砌的内力;④从内力的计算结果来看,在地震作用下衬砌中的内力基本上按50 m的间距周期变化,所以为了达到减震的目的,变形缝的间距宜设置为50 m;⑤在隧道的抗震设计规范中,规定抗震设防段只包括洞口段、浅埋段和偏压段,但是通过本文的研究可以看出,这一规定是值得商榷的,至少还应包括断层破碎带段.

关键词：隧道工程、断层破碎带、隧道衬砌、弹塑性有限元、位移反分析、现场监控量测

所属期刊栏目：24

分类号：U451(隧道工程)

在线出版日期：2005-05-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共1页

页码：1274-1274