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考虑黏聚力与内摩擦角的变坡面浅埋偏压隧道围岩压力计算方法

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湖南大学学报（自然科学版） 2022年第1期49卷 165-173页

作者：杜建明房倩隧道及地下工程教育部工程研究中心(北京交通大学) 北京100044

为了研究变坡面浅埋偏压隧道中黏聚力与内摩擦角对围岩压力的影响规律,基于极限平衡法求解变坡面浅埋偏压隧道深、浅埋侧推力,进而推导出变坡面下独立考虑黏聚力与内摩擦角的围岩压力计算方法,通过与规范公式以及既有文献对比分析,验证... 详细信息

为了研究变坡面浅埋偏压隧道中黏聚力与内摩擦角对围岩压力的影响规律,基于极限平衡法求解变坡面浅埋偏压隧道深、浅埋侧推力,进而推导出变坡面下独立考虑黏聚力与内摩擦角的围岩压力计算方法,通过与规范公式以及既有文献对比分析,验证了文章所提方法的合理性,并探讨了深埋侧水平侧压力系数的影响因素.结果表明:水平侧压力系数随地面坡角的增加逐渐增大,随夹角(岩土体)的增加呈现先减小后增大的趋势,随黏聚力与内摩擦角的增加逐渐减小.此外,黏聚力的分算有利于考虑环境因素(如降雨)引起的岩土体力学参数(黏聚力)急剧变化带来的不利影响;而内摩擦角对隧道深埋侧水平侧压力系数影响较大,表明将内摩擦角进行分算对围岩压力计算具有重要意义.相关研究成果可为类似变坡面浅埋偏压隧道结构设计提供理论依据.

关键词：浅埋偏压隧道变坡面黏聚力内摩擦角围岩压力

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变坡面浅埋偏压隧道松动围岩压力计算方法

中国铁道科学 2017年第2期38卷 64-70页

作者：刘翔房倩北京交通大学隧道与地下工程教育部工程研究中心北京100044

根据变坡面浅埋偏压隧道的结构和受力建立计算模型,由计算模型推导隧道深、浅埋侧棱体横截面面积的计算公式;再根据极限平衡法求解变坡面浅埋偏压隧道深、浅埋侧的推力,进而推导出变坡面条件下浅埋偏压隧道松动围岩压力的计算公式。由... 详细信息

根据变坡面浅埋偏压隧道的结构和受力建立计算模型,由计算模型推导隧道深、浅埋侧棱体横截面面积的计算公式;再根据极限平衡法求解变坡面浅埋偏压隧道深、浅埋侧的推力,进而推导出变坡面条件下浅埋偏压隧道松动围岩压力的计算公式。由计算公式可知:当地面坡度增大时,水平侧压力系数也随之增大;随着两侧土体对拱顶上覆土层推力的增大,拱顶的垂直土压力减小而隧道的水平侧压力增大。以贵广高速铁路贺街隧道洞口的变坡面浅埋偏压段为例,运用给出的变坡面浅埋偏压隧道松动围岩压力计算公式进行计算,并将计算结果与规范法的计算结果和实测值进行对比。结果表明:在实际工程中,当隧道两侧土体表面坡度变化较大时,给出的变坡面浅埋偏压隧道松动围岩压力计算公式的计算结果更加切合实际。

关键词：浅埋偏压隧道变坡面围岩压力水平侧压力系数极限平衡法

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变坡面条件下某特大断面隧道的围岩受力变形研究

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变坡面条件下某特大断面隧道的围岩受力变形研究

作者：刘军帅西南科技大学

学位级别：硕士

在我国铁路建设中,大多数隧道需要穿越复杂地质地形条件的山岭地区,出口和傍山段极易形成变坡面的特大断面浅埋偏压隧道。在此类隧道施工过程中围岩可能产生较大变形,若对围岩变形机制和变形规律认识不足,对围岩特征部位受力变形重视程... 详细信息

在我国铁路建设中,大多数隧道需要穿越复杂地质地形条件的山岭地区,出口和傍山段极易形成变坡面的特大断面浅埋偏压隧道。在此类隧道施工过程中围岩可能产生较大变形,若对围岩变形机制和变形规律认识不足,对围岩特征部位受力变形重视程度不够或者处置措施不当,或采取的隧道围岩控制技术不够成熟,极易造成施工安全事故,也会成为运营隧道出现病害的主要原因,甚至会导致隧道整体倾覆。针对这一系列问题,本论文以蒙西至华中地区某三线重载铁路隧道为例,利用理论分析、数值模拟和实时数据监测的方法深入探究了变坡面条件下特大断面浅埋大偏压隧道的围岩受力特征、变形规律、支护结构与围岩的关系、围岩变形控制和结构安全性评价等,取得了以下主要成果:（1）利用极限平衡原理分析求解了浅埋偏压隧道围岩压力,深入探究了变坡面影响下特大断面浅埋偏压隧道的围岩受力模式和理论计算方法,对隧道围岩水平侧压力系数修正值K进行了重新修正,使得计算结果更加准确且贴近实际;分析了隧道变坡坡度和综合坡度对隧道围岩压力的不同影响,探究了隧道水平侧压力系数随其系数修正值K变化的相关曲线。当隧道水平侧压力系数修正值K增大时,水平侧压力系数?随之增大,隧道水平侧压力增大。隧道变坡面的坡度和变坡点个数明显变化时,隧道围岩受力变化明显。（2）以数值模拟的方式分析了施工期内隧道围岩受力状态,确定了围岩应力的空间分布形态,表现为竖向应力和水平应力随开挖步序的增大而增大,影响范围也逐渐扩大;分析了数值模拟状态和现场实测状态下三台阶临时仰拱法开挖隧道的围岩变形特征,得出了隧道围岩时间效应变形-时间特征曲线四个阶段、隧道围岩空间效应的表现形式和隧道断面特征部位竖向变形规律;探究了特大断面隧道和大断面隧道围岩的不同变形形态,隧道围岩竖向变形随断面开挖面积的增大而增大,变形曲线分别呈现为线性分布、二次曲线分布,且特大断面隧道变形相比大断面而言更加复杂,变形量增加明显。（3）对比分析了隧道施加预支护措施和未施加预支护措施下围岩受力变形特征,施加预支护措施后,围岩竖向变形量锐减了45%,竖向应力减少了约21%,初期支护压力减少了11%左右,说明了复杂较大变形隧道施加预支护措施对控制围岩变形效果明显。针对隧道较大受力变形区域,提出合理的变形控制对策,为类似隧道施工设计提供参考。（4）在变坡面隧道开挖基础上,针对隧道支护结构做出了安全评价。得出了隧道实际施工支护结构安全系数大于规范要求最低安全系数,隧道断面可靠性依次为:浅埋侧拱脚＞深埋侧上拱腰＞浅埋侧下拱腰＞深埋侧拱脚＞仰拱＞浅埋侧上拱腰＞拱顶＞深埋侧下拱腰,说明隧道支护结构承载体系满足要求,隧道结构安全。

关键词：变坡面围岩变形数值模拟预支护安全评价

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地表变坡下浅埋偏压隧道围岩压力计算方法

中南大学学报（自然科学版） 2021年第11期52卷 4088-4098页

作者：杜建明房倩海路麦海颖王赶北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心北京100044

为研究地表变坡下浅埋偏压隧道围岩压力计算方法,采用极限平衡法求解隧道深、浅埋侧滑动阻力及水平侧压力系数,进而建立围岩压力计算公式。首先与规范公式计算结果进行对比,再通过算例分析变坡段坡度对浅埋侧滑动阻力及水平侧压力系数... 详细信息

为研究地表变坡下浅埋偏压隧道围岩压力计算方法,采用极限平衡法求解隧道深、浅埋侧滑动阻力及水平侧压力系数,进而建立围岩压力计算公式。首先与规范公式计算结果进行对比,再通过算例分析变坡段坡度对浅埋侧滑动阻力及水平侧压力系数的影响规律,最后通过现场实测数据对所推公式计算结果进行对比分析与验证。研究结果表明:由于变坡段的存在,有变坡深埋侧围岩的垂直压力比无变坡的垂直压力小,水平压力保持不变;有变坡浅埋侧围岩的垂直压力比无变坡的垂直压力大,水平压力比无变坡的小,表明变坡段的存在对隧道浅埋侧围岩压力的影响较大。对比围岩垂直及水平方向偏压率,可知变坡段的存在降低了围岩垂直方向的偏压率,增大了围岩水平方向的偏压率,其主要受隧道浅埋侧滑动岩土体体量变化的影响。随上变坡面坡度增大,浅埋侧滑动阻力与水平侧压力系数逐渐减小,围岩垂直压力逐渐增大,水平压力逐渐减小,偏压现象逐渐严重。随下变坡面坡度增大,浅埋侧滑动阻力与水平侧压力系数呈先增大后减小的趋势,其主要受浅埋侧滑动块体体积与质量变化的影响。结果验证了分析模型与计算公式的合理性。

关键词：变坡面浅埋偏压隧道围岩压力极限平衡法

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