软岩隧道变形机制及其锚索支护效应研究

作     者：吕文韬 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：钱七虎;刘先珊;罗斌

授予年度：2018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：软岩隧道 蠕变 时空效应 锚索支护 

摘      要：本文比较了衬砌、锚杆以及锚索等支护结构的支护效应,对锚索的支护效应进行了重点分析。对隧道建模并连续开挖支护,总结了弹塑性本构模型下的隧道施工时围岩变形的空间效应。探究了锚索衬砌支护体系在深埋软岩隧道工程中的支护效应,并以此为基础研究了隧道施工过程的各项步骤中均考虑蠕变带来的围岩变形的时间效应。本文主要内容如下:介绍了软弱围岩定义、软岩力学特性、隧道围岩变形机制、隧道围岩支护理论以及隧道建设过程中的时空效应的研究现状。介绍了围岩变形的理论计算方法,主要包括弹塑性模型和流变模型,重点放在流变模型上,并在传统的模型之外引入了新的基于分数阶的Maxwell模型。利用数值软件FLAC建模得出在给定条件下各岩体本构模型的蠕变曲线,并与理论计算结果进行对比,发现计算结果相当吻合。尝试对分数阶Maxwell模型引入非定常蠕变参数以提高其适用性与准确性。对比了衬砌、锚杆、锚索等支护形式的支护效应,重点对锚索进行了支护参数敏感性分析,并以此为基础对锚索支护设计提出建议。在弹塑性模型中探究了掌子面开挖对于其附近围岩变形的影响即围岩变形的空间效应。基于Burger蠕变材料组合模型对开挖以和初期支护施做时间、开挖方式以及二次衬砌施做时机对围岩变形的影响进行了总结。对支护设计进行了优化,并对其支护效果进行评价,提出引出超前支护的建议。对不同支护状态下的隧道进行了较长时间的蠕变观察,由此得出不同支护设计对于围岩变形前期及以后长期的影响,基于此分析,笔者对于处于高应力环境下的软岩隧道的初期支护中衬砌强度以及二次衬砌支护的时机提出了建议。