黄土隧道围岩湿陷与衬砌结构相互作用机制及其评价方法研究
发布时间：2022-07-02 10:45
在我国西北部黄土高原地区的基础交通设施建设过程中,难免遇到隧道穿越湿陷性黄土地层的情况,其地基潜在的湿陷变形会严重威胁隧道结构运营期间的安全稳定。因此,在勘察设计阶段对黄土隧道地基湿陷变形的合理预测及其对衬砌结构危害性的正确评估就显得尤为重要,而现行规范的黄土地基湿陷变形评价方法仅适用于浅埋基础加载条件下的黄土建筑地基,难以对深埋卸荷条件下的黄土隧道地基做出合理评价,无法安全有效地指导湿陷性黄土隧道地基的加固处理。针对这一问题,本文通过现场试验、数值模拟及理论分析,对黄土隧道地基湿陷发生的水-力条件、发展过程及隧道结构的力学响应规律进行深入研究,最终建立了适用于客运专线大断面黄土隧道工程的地基湿陷变形评价方法。本文主要取得了以下研究成果:（1）开展了国内外首个既有隧道大厚度湿陷性黄土场地大型试坑浸水试验,通过原位观测隧道上方地表遭遇大面积长期浸水过程中地层水分入渗迁移、湿陷变形发展及隧道结构受力变形情况,揭示了实际工程条件下隧道基底地层湿陷发生的水-力条件以及衬砌结构的力学响应和破坏特征,为黄土围岩湿陷与衬砌结构相互作用机制及其评价方法的研究提供了重要依据。（2）提出了一种依据土单元当...
【文章页数】：182 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 研究背景及选题意义
1.2 黄土湿陷性及其评价方法研究现状
1.2.1 黄土湿陷成因及湿陷机理研究
1.2.2 黄土湿陷性影响因素研究
1.2.3 黄土湿陷变形量化方法研究
1.2.4 现有湿陷性黄土地基评价方法及相关研究
1.3 黄土隧道地基湿陷变形评价研究现状
1.3.1 现有湿陷变形评价方法对黄土隧道地基适用性分析
1.3.2 黄土隧道地基湿陷变形评价相关研究进展
1.4 需要进一步研究的问题
1.5 本文的主要工作及研究思路
2 既有隧道大厚度湿陷性黄土场地大型试坑浸水试验研究
2.1 试验场地工程地质条件概况
2.1.1 试验场地基本情况
2.1.2 场地地层物理力学性质及湿陷变形评价
2.2 既有隧道场地试坑浸水试验方案设计
2.2.1 地表试坑测点布设
2.2.2 隧道断面测点布设
2.3 试坑浸水试验过程概况
2.4 黄土隧道围岩浸水湿陷及衬砌结构力学响应特性分析
2.4.1 黄土隧道场地地层水分入渗特性
2.4.2 黄土隧道场地地层湿陷变形特性
2.4.3 围岩湿陷衬砌结构力学响应特征
2.4.4 地表浸水条件对黄土隧道影响作用分析
2.5 本章小结
3 黄土围岩湿陷与隧道结构相互作用机制数值模拟分析
3.1 黄土隧道围岩湿陷数值模拟方法研究
3.1.1 现有黄土湿陷变形数值模拟的主要方法
3.1.2 黄土隧道围岩湿陷变形数值模拟方法及关键问题
3.1.3 黄土隧道围岩湿陷数值模拟的实现
3.2 现场试坑浸水试验反演计算分析
3.2.1 现场试验反演分析模型建立及计算参数选取
3.2.2 地层沉降变形及裂缝发展分布
3.2.3 隧道围岩应力场变化规律
3.2.4 隧道基底压力变化规律
3.2.5 围岩湿陷引起衬砌结构变形及内力变化
3.3 黄土围岩湿陷与隧道衬砌结构相互作用机制分析
3.4 本章小结
4 黄土隧道围岩湿陷力学作用的荷载-结构模型分析方法研究
4.1 荷载-结构模型分析思路及关键问题
4.1.1 荷载-结构模型对黄土隧道围岩湿陷力学作用的分析思路
4.1.2 考虑浸水增湿的围岩压力计算方法
4.1.3 考虑浸水湿陷的黄土围岩基床系数确定方法
4.2 现场试验隧道围岩湿陷作用计算分析
4.2.1 模型建立及计算参数选取
4.2.2 衬砌结构内力变化及破坏部位判定
4.2.3 隧道基底压力变化规律
4.2.4 计算结果与现场实测结果对比验证分析
4.3 不同地基湿陷条件下衬砌结构力学响应及基底压力变化规律
4.3.1 黄土隧道地基湿陷模拟工况设置
4.3.2 不同湿陷条件下衬砌结构内力变形及基底压力变化规律
4.3.3 不同湿陷条件下衬砌结构强度破坏特征分析
4.4 本章小结
5 客运专线大断面黄土隧道地基湿陷变形评价方法研究
5.1 黄土隧道地基湿陷变形评价方法概述
5.2 客运专线大断面黄土隧道地基湿陷变形量的确定
5.2.1 大断面黄土隧道基底标高竖向压力分布函数的确定
5.2.2 大断面黄土隧道地基竖向压缩应力计算方法
5.2.3 大断面黄土隧道基底湿陷变形量的确定
5.3 客运专线大断面黄土隧道基底剩余湿陷量控制标准的确定
5.3.1 隧道基底湿陷变形条件设置
5.3.2 衬砌结构沉降与基底剩余湿陷量的关系
5.3.3 衬砌结构强度破坏与基底剩余湿陷量的关系
5.3.4 客运专线大断面黄土隧道基底剩余湿陷量控制标准
5.4 黄土隧道地基湿陷变形评价实例-宝兰客专下庄隧道
5.4.1 隧道场地工程地质条件
5.4.2 “黄土规范”法与本文评价方法对比分析
5.5 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 下一步工作展望
致谢
参考文献
附录1
攻读博士学位期间主要研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于围岩浸水的黄土公路隧道衬砌开裂分析[J]. 宋维龙,来弘鹏,刘禹阳,杨文辉,朱志铎. 中国公路学报. 2018(05)
[2]不同浸水方式对黄土地铁隧道变形影响研究[J]. 王二磊,梁庆国,王飞,向亮. 铁道科学与工程学报. 2018(01)
[3]黄土湿陷性对路基沉降影响的FLAC3D模拟[J]. 袁航,辛延甫,余小龙. 公路交通科技(应用技术版). 2017(08)
[4]西安黄土基床系数变化规律及其测试方法的相关性分析[J]. 于永堂,唐浩. 岩石力学与工程学报. 2017(10)
[5]基于单线法试验的黄土增湿变形非线性模型研究[J]. 金松丽,邢义川,赵卫全,张爱军,郭敏霞. 水利学报. 2017(06)
[6]等向应力下原状黄土的压缩及增湿变形特性研究[J]. 陈存礼,张登飞,张洁,张文博. 岩石力学与工程学报. 2017(07)
[7]黄土隧道地基湿陷变形评价方法探讨[J]. 邵生俊,陈菲,邵帅. 岩石力学与工程学报. 2017(05)
[8]基于增湿变形的渠道工程黄土渠基湿陷性评价方法[J]. 张爱军,邢义川,汪海涛,郭敏霞,任文渊. 水利学报. 2017(01)
[9]基于离心模型试验的黄土湿陷试验新方法研究[J]. 邢义川,金松丽,赵卫全,张爱军,安鹏,张博. 岩土工程学报. 2017(03)
[10]黄土的结构屈服及湿陷变形的分析[J]. 邵生俊,王丽琴,邵帅,王强. 岩土工程学报. 2017(08)
博士论文
[1]黄土地层浸水对地铁隧道结构受力性状的影响研究[D]. 张玉伟.长安大学 2017
[2]黄土的结构性与湿载变形特性及其评价方法研究[D]. 王丽琴.西安理工大学 2017
[3]增湿条件下大厚度湿陷性黄土地铁隧道受力特性研究[D]. 王俊.长安大学 2017
[4]湿陷性黄土地层与地铁结构相互作用机理及变形控制标准研究[D]. 王立新.长安大学 2016
[5]基于试坑浸水试验的大厚度黄土湿陷及渗透特性研究[D]. 武小鹏.兰州大学 2016
[6]基于黄土非均匀湿陷变形的桥梁群桩基础承载特性研究[D]. 董晓明.长安大学 2013
[7]黄土隧道施工地表裂缝形成机理及控制技术研究[D]. 叶朝良.西南交通大学 2012
[8]湿陷性黄土地基中矩形闭合型地下连续墙桥梁基础负摩阻力作用机理研究[D]. 文华.西南交通大学 2008
[9]基于数据挖掘技术的黄土湿陷性研究[D]. 井彦林.西安理工大学 2006
[10]黄土桩基桩土共同作用性状仿真与试验研究[D]. 李晋.长安大学 2006
硕士论文
[1]湿陷性黄土区隧底湿陷对盾构隧道结构的影响及处治技术研究[D]. 娄源澎.长安大学 2017
[2]黄土隧道环向局部湿陷的围岩力学特性研究[D]. 田少敏.西南交通大学 2017
[3]黄土隧道地基纵向局部湿陷对结构的力学行为影响研究[D]. 黄训洪.西南交通大学 2017
[4]西安地铁工程黄土的湿陷性评价及应对措施研究[D]. 范寒光.长安大学 2016
[5]黄土湿陷性对既有地铁结构受力影响研究[D]. 韩冬.长安大学 2015
[6]基床系数室内试验方法研究[D]. 韦智.南京大学 2014
[7]陕西深厚湿陷性黄土场地地基处理深度及范围分析研究[D]. 赵文涛.西安建筑科技大学 2012
[8]大厚度自重湿陷性黄土渗透与湿陷变形规律及湿陷性评价方法研究[D]. 刘长玲.兰州理工大学 2011
[9]基床系数测试方法及结果的分析[D]. 周亮.长安大学 2009
[10]黄土路基的水分入渗规律和湿陷变形研究[D]. 颜斌.长安大学 2007
本文编号：3654223
【文章页数】：182 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 研究背景及选题意义
1.2 黄土湿陷性及其评价方法研究现状
1.2.1 黄土湿陷成因及湿陷机理研究
1.2.2 黄土湿陷性影响因素研究
1.2.3 黄土湿陷变形量化方法研究
1.2.4 现有湿陷性黄土地基评价方法及相关研究
1.3 黄土隧道地基湿陷变形评价研究现状
1.3.1 现有湿陷变形评价方法对黄土隧道地基适用性分析
1.3.2 黄土隧道地基湿陷变形评价相关研究进展
1.4 需要进一步研究的问题
1.5 本文的主要工作及研究思路
2 既有隧道大厚度湿陷性黄土场地大型试坑浸水试验研究
2.1 试验场地工程地质条件概况
2.1.1 试验场地基本情况
2.1.2 场地地层物理力学性质及湿陷变形评价
2.2 既有隧道场地试坑浸水试验方案设计
2.2.1 地表试坑测点布设
2.2.2 隧道断面测点布设
2.3 试坑浸水试验过程概况
2.4 黄土隧道围岩浸水湿陷及衬砌结构力学响应特性分析
2.4.1 黄土隧道场地地层水分入渗特性
2.4.2 黄土隧道场地地层湿陷变形特性
2.4.3 围岩湿陷衬砌结构力学响应特征
2.4.4 地表浸水条件对黄土隧道影响作用分析
2.5 本章小结
3 黄土围岩湿陷与隧道结构相互作用机制数值模拟分析
3.1 黄土隧道围岩湿陷数值模拟方法研究
3.1.1 现有黄土湿陷变形数值模拟的主要方法
3.1.2 黄土隧道围岩湿陷变形数值模拟方法及关键问题
3.1.3 黄土隧道围岩湿陷数值模拟的实现
3.2 现场试坑浸水试验反演计算分析
3.2.1 现场试验反演分析模型建立及计算参数选取
3.2.2 地层沉降变形及裂缝发展分布
3.2.3 隧道围岩应力场变化规律
3.2.4 隧道基底压力变化规律
3.2.5 围岩湿陷引起衬砌结构变形及内力变化
3.3 黄土围岩湿陷与隧道衬砌结构相互作用机制分析
3.4 本章小结
4 黄土隧道围岩湿陷力学作用的荷载-结构模型分析方法研究
4.1 荷载-结构模型分析思路及关键问题
4.1.1 荷载-结构模型对黄土隧道围岩湿陷力学作用的分析思路
4.1.2 考虑浸水增湿的围岩压力计算方法
4.1.3 考虑浸水湿陷的黄土围岩基床系数确定方法
4.2 现场试验隧道围岩湿陷作用计算分析
4.2.1 模型建立及计算参数选取
4.2.2 衬砌结构内力变化及破坏部位判定
4.2.3 隧道基底压力变化规律
4.2.4 计算结果与现场实测结果对比验证分析
4.3 不同地基湿陷条件下衬砌结构力学响应及基底压力变化规律
4.3.1 黄土隧道地基湿陷模拟工况设置
4.3.2 不同湿陷条件下衬砌结构内力变形及基底压力变化规律
4.3.3 不同湿陷条件下衬砌结构强度破坏特征分析
4.4 本章小结
5 客运专线大断面黄土隧道地基湿陷变形评价方法研究
5.1 黄土隧道地基湿陷变形评价方法概述
5.2 客运专线大断面黄土隧道地基湿陷变形量的确定
5.2.1 大断面黄土隧道基底标高竖向压力分布函数的确定
5.2.2 大断面黄土隧道地基竖向压缩应力计算方法
5.2.3 大断面黄土隧道基底湿陷变形量的确定
5.3 客运专线大断面黄土隧道基底剩余湿陷量控制标准的确定
5.3.1 隧道基底湿陷变形条件设置
5.3.2 衬砌结构沉降与基底剩余湿陷量的关系
5.3.3 衬砌结构强度破坏与基底剩余湿陷量的关系
5.3.4 客运专线大断面黄土隧道基底剩余湿陷量控制标准
5.4 黄土隧道地基湿陷变形评价实例-宝兰客专下庄隧道
5.4.1 隧道场地工程地质条件
5.4.2 “黄土规范”法与本文评价方法对比分析
5.5 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 下一步工作展望
致谢
参考文献
附录1
攻读博士学位期间主要研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于围岩浸水的黄土公路隧道衬砌开裂分析[J]. 宋维龙,来弘鹏,刘禹阳,杨文辉,朱志铎. 中国公路学报. 2018(05)
[2]不同浸水方式对黄土地铁隧道变形影响研究[J]. 王二磊,梁庆国,王飞,向亮. 铁道科学与工程学报. 2018(01)
[3]黄土湿陷性对路基沉降影响的FLAC3D模拟[J]. 袁航,辛延甫,余小龙. 公路交通科技(应用技术版). 2017(08)
[4]西安黄土基床系数变化规律及其测试方法的相关性分析[J]. 于永堂,唐浩. 岩石力学与工程学报. 2017(10)
[5]基于单线法试验的黄土增湿变形非线性模型研究[J]. 金松丽,邢义川,赵卫全,张爱军,郭敏霞. 水利学报. 2017(06)
[6]等向应力下原状黄土的压缩及增湿变形特性研究[J]. 陈存礼,张登飞,张洁,张文博. 岩石力学与工程学报. 2017(07)
[7]黄土隧道地基湿陷变形评价方法探讨[J]. 邵生俊,陈菲,邵帅. 岩石力学与工程学报. 2017(05)
[8]基于增湿变形的渠道工程黄土渠基湿陷性评价方法[J]. 张爱军,邢义川,汪海涛,郭敏霞,任文渊. 水利学报. 2017(01)
[9]基于离心模型试验的黄土湿陷试验新方法研究[J]. 邢义川,金松丽,赵卫全,张爱军,安鹏,张博. 岩土工程学报. 2017(03)
[10]黄土的结构屈服及湿陷变形的分析[J]. 邵生俊,王丽琴,邵帅,王强. 岩土工程学报. 2017(08)
博士论文
[1]黄土地层浸水对地铁隧道结构受力性状的影响研究[D]. 张玉伟.长安大学 2017
[2]黄土的结构性与湿载变形特性及其评价方法研究[D]. 王丽琴.西安理工大学 2017
[3]增湿条件下大厚度湿陷性黄土地铁隧道受力特性研究[D]. 王俊.长安大学 2017
[4]湿陷性黄土地层与地铁结构相互作用机理及变形控制标准研究[D]. 王立新.长安大学 2016
[5]基于试坑浸水试验的大厚度黄土湿陷及渗透特性研究[D]. 武小鹏.兰州大学 2016
[6]基于黄土非均匀湿陷变形的桥梁群桩基础承载特性研究[D]. 董晓明.长安大学 2013
[7]黄土隧道施工地表裂缝形成机理及控制技术研究[D]. 叶朝良.西南交通大学 2012
[8]湿陷性黄土地基中矩形闭合型地下连续墙桥梁基础负摩阻力作用机理研究[D]. 文华.西南交通大学 2008
[9]基于数据挖掘技术的黄土湿陷性研究[D]. 井彦林.西安理工大学 2006
[10]黄土桩基桩土共同作用性状仿真与试验研究[D]. 李晋.长安大学 2006
硕士论文
[1]湿陷性黄土区隧底湿陷对盾构隧道结构的影响及处治技术研究[D]. 娄源澎.长安大学 2017
[2]黄土隧道环向局部湿陷的围岩力学特性研究[D]. 田少敏.西南交通大学 2017
[3]黄土隧道地基纵向局部湿陷对结构的力学行为影响研究[D]. 黄训洪.西南交通大学 2017
[4]西安地铁工程黄土的湿陷性评价及应对措施研究[D]. 范寒光.长安大学 2016
[5]黄土湿陷性对既有地铁结构受力影响研究[D]. 韩冬.长安大学 2015
[6]基床系数室内试验方法研究[D]. 韦智.南京大学 2014
[7]陕西深厚湿陷性黄土场地地基处理深度及范围分析研究[D]. 赵文涛.西安建筑科技大学 2012
[8]大厚度自重湿陷性黄土渗透与湿陷变形规律及湿陷性评价方法研究[D]. 刘长玲.兰州理工大学 2011
[9]基床系数测试方法及结果的分析[D]. 周亮.长安大学 2009
[10]黄土路基的水分入渗规律和湿陷变形研究[D]. 颜斌.长安大学 2007
本文编号：3654223
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