超欠挖狀態(tài)下隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)特性研究及圍巖穩(wěn)定性分析.pdf

1、眾多的隧道工程實(shí)踐證明，在開(kāi)挖過(guò)程中常有超欠挖產(chǎn)生，尤其是在采用鉆爆法開(kāi)挖的隧道中此類(lèi)現(xiàn)象最為嚴(yán)重。超欠挖會(huì)改變圍巖應(yīng)力狀態(tài)，造成應(yīng)力集中，改變塑性區(qū)分布。并且超欠挖會(huì)導(dǎo)致圍巖輪廓界線(xiàn)變得極不規(guī)則，使得噴射混凝土層厚度不均勻，致使支護(hù)結(jié)構(gòu)的幾何形態(tài)發(fā)生變異，進(jìn)而甚至?xí)绊懼ёo(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力。
　　本文依托閩浙交界某公路隧道，充分考慮超欠挖狀態(tài)下圍巖表面的不平整性，從理論分析與數(shù)值模擬兩方面開(kāi)展研究，分析超欠挖狀態(tài)下支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)特

2、性和超挖對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:
　　(1)總結(jié)了四種測(cè)量隧道輪廓界線(xiàn)和超欠挖數(shù)據(jù)的方法，并基于激光斷面儀測(cè)量得到的超欠挖數(shù)據(jù)，使用小波分析方法研究了超欠挖斷面輪廓界線(xiàn)的分形特征。研究表明超欠挖斷面輪廓界線(xiàn)具有很強(qiáng)的分形特征和自相似性;并且隨著圍巖級(jí)別變大，超欠挖斷面輪廓界線(xiàn)的分形維數(shù)也逐漸增大。
　　(2)超欠挖會(huì)導(dǎo)致圍巖表面不規(guī)則，簡(jiǎn)化這些不平整形狀，從而提煉出基本超欠挖形狀，依據(jù)噴射混凝土的覆蓋厚度

3、將超欠挖后的圍巖表面輪廓分為三類(lèi):未完全填充、底部填充和完全填充;利用彈性厚壁圓筒理論，研究了三類(lèi)圍巖表面輪廓下支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性，并基于并聯(lián)體系穩(wěn)定性原則推導(dǎo)了錨噴支護(hù)和“鋼格柵+噴射混凝土”聯(lián)合支護(hù)的剛度和最大支護(hù)力等力學(xué)參數(shù)。
　　(3)基于收斂約束法開(kāi)展了超欠挖狀態(tài)下圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的相互作用研究，結(jié)果表明錨桿的剛度與最大支護(hù)壓力對(duì)組合支護(hù)系統(tǒng)的剛度和最大支護(hù)壓力的影響相對(duì)較小，初期支護(hù)的剛度和最大支護(hù)壓力主要取決于噴射混凝

4、土的支護(hù)剛度和最大支護(hù)壓力值;考慮隧道超欠挖的工況下支護(hù)系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)的支護(hù)抗力和最大支護(hù)壓力均比不考慮超欠挖的工況小，說(shuō)明超欠挖會(huì)降低支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力。
　　(4)采用FLAC3D數(shù)值分析軟件，分析超挖深度、范圍和分布位置等不同因素對(duì)圍巖穩(wěn)定的影響。結(jié)果表明，Ⅳ級(jí)圍巖條件下，在同一超挖分布部位，隨著超挖深度的增加和范圍的擴(kuò)大，超挖對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響也逐漸增大;超挖特征值影響系數(shù)均小于1.1，表明小范圍、淺深度的超挖對(duì)圍巖穩(wěn)定的