隧道—滑坡平行体系下隧道受力变形机理分析

作     者：张科 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：汪华斌

授予年度：2017年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：隧道-滑坡平行体系 隧道衬砌结构 地基梁 受力变形 隧道结构设计 

摘      要：当隧道穿越滑坡体时,由于施工扰动,边坡稳定性会降低,隧道拱顶易塌方,严重影响隧道和边坡安全。目前,对于隧道-滑坡平行体系滑坡推力对隧道具体作用研究较少,因此,本文结合陈家坡隧道出口滑坡工程项目,并运用现场调研、理论分析和数值模拟等方法,重点研究隧道-滑坡平行体系下隧道受力变形机理。首先,基于地基梁和结构力学理论,建立隧道衬砌结构在滑坡推力作用下的梁挠曲微分方程。出于安全考虑,忽略在滑坡推力作用力下滑体给予隧道的岩土抗力。通过隧道与滑面交界处位移连续条件和力系平衡条件,求解得到交界处隧道截面的弯矩、剪力和轴力表达式。通过定义新的参数,并分析参数变化对隧道受力变形的影响,即:当k=βl在0/3变化,且考虑隧道所受滑坡推力为一定值时,k越大,交界面处的弯矩绝对值越小,剪力绝对值越大。其次,基于传递系数法和滑坡推力三角形分布荷载假设,推导出滑坡对隧道衬砌结构推力大小。并依托陈家坡隧道出口滑坡工程,计算得到滑坡对隧道水平方向和竖直方向分布力荷载大小,qz=436.1 kN/m,qx=208.9 kN/m。另外,通过对陈家坡隧道出口滑坡工程实例工程进行理论计算和数值模拟计算结果分析,可知:隧道虽限制坡体变形,但本身也要受到较大的滑坡推力作用;折减系数为1.4时,边坡水平位移急剧增大,边坡表现出不稳定状态。折减系数越大,滑坡越不稳定,隧道衬砌结构承担的滑坡推力也越大,当滑坡滑动时,隧道可能因承受的滑坡推力过大而出现结构破坏。若以隧道与滑面交界处为坐标原点,则滑坡推力对隧道的影响范围为(-l,l),l为隧道位于滑体中的长度。最后,依据本文理论推导出的计算公式和相关研究结论,提出求解隧道-滑坡平行体系隧道结构纵向设计弯矩、设计剪力和设计轴力方法。总结得出的隧道纵向结构设计方法流程图,可为类似工程提供隧道纵向设计参考。