高地应力软岩隧道预应力锚索支护设计方法研究

发布时间：2022-12-08 01:32

　　随着我国交通基础设施的不断发展,公路隧道的长度不断增长,跨径不断增大,埋深不断加深,遇到的高应力软岩隧道越来越多。高地应力软岩隧道往往存在严重的大变形问题,传统的被动支护已很难满足工程要求,目前尚未得到较好解决。随着预应力锚索技术的发展,可以引入预应力锚索支护技术,将被动支护转变为主动支护,为高地应力软岩隧道提供了新的支护手段。论文以国家重点工程木寨岭公路隧道为依托,创新性提出了采用锚杆与预应力锚索联合支护的方法,通过理论分析和数值模拟,对锚杆锚索联合支护的参数及其效果进行了分析研究,可为高地应力软岩隧道设计提供参考。论文主要工作如下:（1）总结了高地应力软岩的类型、失稳原因和力学特性;分析了隧道软弱围岩开挖应力变化以及围岩变形塑性区变化特征,分析了隧道岩体塑性区半径、周边位移与岩体埋深、岩体强度以及支护阻力的变化关系;（2）探讨了隧道预应力锚索支护的机理,分析了预应力锚索内锚固段荷载传递规律,分析了岩体的内摩擦角、泊松比以及弹性模量对预应力锚索应力分布的影响规律;（3）利用Flac3D数值模拟软件,初步建立了高应力软岩隧道预应力锚索支护模型,分析了不同预应力锚索参数（长度、间距、预应... 

【文章页数】：102 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 概述
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 岩体地应力研究现状
        1.2.2 软岩隧道大变形研究现状
        1.2.3 预应力锚杆(索)支护机理研究发展现状
    1.3 研究内容与技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 创新点
        1.3.3 技术路线
第二章 高地应力软岩隧道变形失稳规律
    2.1 高地应力软岩隧道应力特征
        2.1.1 高地应力软岩类型
        2.1.2 高地应力软岩的力学特点
        2.1.3 高应力软岩隧道开挖后应力重分布特征
    2.2 高地应力软岩隧道的变形机制
        2.2.1 软岩隧道工程弹塑性本构模型
        2.2.2 高应力软岩隧道变形破坏规律
        2.2.3 软岩隧道塑性变形影响因素分析
    2.3 高地应力软岩隧道失稳机理
        2.3.1 高地应力软岩隧道失稳力学机理
        2.3.2 软岩隧道破坏的影响因素分析
    2.4 高应力软岩隧道工程支护理论
        2.4.1 高应力软岩隧道岩体支护机理
        2.4.2 高应力软岩隧道最佳支护时间
        2.4.3 高地应力软岩隧道支护面临的工程难题
    2.5 本章小结
第三章 高地应力软岩隧道预应力锚索支护机理
    3.1 预应力锚索的结构类型
        3.1.1 拉力型锚索
        3.1.2 压力型锚索
        3.1.3 自适应式锚索
    3.2 预应力锚索荷载传递机理
        3.2.1 预应力锚索内锚固段荷载传递机理
        3.2.2 基于凯尔文问题的预应力锚索内锚固段应力分布弹性解
        3.2.3 预应力锚索内锚固段周围岩体应力场算法
    3.3 预应力锚索锚固段剪切破坏特征
    3.4 岩土参数对预应力锚索应力分布的影响分析
        3.4.1 内摩擦角对预应力锚索锚固段应力分布的影响
        3.4.2 泊松比对预应力锚索锚固段应力分布的影响
        3.4.3 岩体弹性模量对预应力锚索锚固段应力分布的影响
    3.5 本章小结
第四章 高地应力软岩隧道预应力锚索设计计算
    4.1 高地应力软岩隧道预应力锚索设计原则
    4.2 高地应力软岩隧道预应力锚索设计参数
        4.2.1 预应力锚索长度设计方法
        4.2.2 预应力锚索预紧力确定
        4.2.3 预应力锚索间距确定
        4.2.4 预应力锚索锚垫板尺寸确定
    4.3 高地应力软岩隧道预应力锚索支护模拟分析
        4.3.1 模型的建立
        4.3.2 模型尺寸及边界条件
        4.3.3 模型参数确定
        4.3.4 数值模拟及结果分析
    4.4 本章小结
第五章 高地应力软岩隧道锚杆-锚索联合支护
    5.1 预应力锚杆与锚索联合支护特征
    5.2 预应力锚杆与锚索耦合支护机理
        5.2.1 锚杆与围岩的耦合作用机理
        5.2.2 锚索与围岩的耦合作用机理
    5.3 预应力锚杆锚索联合支护设计流程
    5.4 木寨岭公路隧道初次支护方案及参数选取
        5.4.1 工程特点及变形情况
        5.4.2 木寨岭公路隧道支护机理
        5.4.3 木寨岭公路隧道支护情况及参数选取
    5.5 木寨岭公路隧道联合支护数值模拟分析
        5.5.1 计算模型及参数
        5.5.2 设计检测点及工况
        5.5.3 围岩屈服特征分析
        5.5.4 围岩水平位移分布特征分析
        5.5.5 围岩垂直位移分布特征分析
        5.5.6 围岩的垂直应力分布情况
        5.5.7 围岩的最大主应力分布情况
        5.5.8 围岩的最小主应力分布情况
    5.6 选取合理的支护方案
    5.7 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
在校期间发表的论文和取得的学术成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]高地应力软岩隧道大变形机理及控制对策研究综述[J]. 魏来,刘钦,黄沛.  公路. 2017(07)
[2]高地应力陡倾互层千枚岩地层隧道大变形研究[J]. 李磊,谭忠盛,郭小龙,吴永胜,罗宁宁.  岩石力学与工程学报. 2017(07)
[3]高地应力软岩公路隧道泡沫混凝土卸压机理及支护结构研究[J]. 柳厚祥,郑智雄.  中国公路学报. 2016(11)
[4]高地应力软岩隧道大变形失稳机理及支护对策研究[J]. 薛晓辉,张军,宿钟鸣,孙志杰,员康锋.  公路. 2015(03)
[5]兰渝铁路高地应力软岩隧道挤压大变形规律及分级标准研究[J]. 李国良,刘志春,朱永全.  现代隧道技术. 2015(01)
[6]煤矿深部巷道预应力协同支护技术研究[J]. 何宗礼,陈高君.  煤炭科学技术. 2013(03)
[7]高地应力软岩隧道变形控制设计与施工技术[J]. 张梅,何志军,张民庆,肖广智,任诚敏.  现代隧道技术. 2012(06)
[8]高地应力软岩大变形隧道施工技术[J]. 吴广明.  现代隧道技术. 2012(04)
[9]高地应力条件下地下厂房洞室群围岩的变形破坏特征及对策研究[J]. 张勇,肖平西,丁秀丽,欧文兵,卢波,廖成刚,董志宏.  岩石力学与工程学报. 2012(02)
[10]高地应力软岩隧道合理支护方案研究[J]. 田洪铭,陈卫忠,谭贤君,王辉,田田.  岩石力学与工程学报. 2011(11)

博士论文
[1]高地应力下大型地下洞室群硬岩EDZ动态演化机制研究[D]. 李志鹏.中国地质大学 2016
[2]隧道软弱围岩变形机制与控制技术研究[D]. 赵勇.北京交通大学 2012
[3]高地应力软岩隧道围岩压力研究和围岩与支护结构相互作用机理分析[D]. 陈志敏.兰州交通大学 2012
[4]锚固系统应力传递机理理论及应用研究[D]. 尤春安.山东科技大学 2004
[5]高地应力区结构性流变围岩稳定性研究[D]. 刘高.成都理工大学 2002

硕士论文
[1]高地应力条件下软岩隧道初期支护力学效应研究[D]. 王银.重庆大学 2013
[2]鹧鸪山公路隧道测试、监测及围岩稳定性研究[D]. 孙建国.成都理工大学 2004



本文编号：3713274