黄土公路连拱隧道

第1章 绪论 1

1.1 连拱隧道的特征及适用范围 1

1.1.1 连拱隧道及其特征 1

1.1.2 连拱隧道的优缺点 1

1.1.3 连拱隧道的适用范围 2

1.2 黄土公路连拱隧道修建技术研究现状 3

1.2.1 黄土隧道研究现状 3

1.2.2 黄土连拱隧道研究现状 4

1.3 黄土公路连拱隧道修建技术展望 6

第2章 黄土的基本特征及围岩分级 8

2.1 黄土的地质特征 8

2.1.1 黄土在我国的分布及物理特征 8

2.1.2 黄土的地层划分 9

2.2 黄土的微结构特征 11

2.2.1 黄土的微结构特征及骨架颗粒形态 11

2.2.2 黄土骨架颗粒的连接形式 11

2.2.3 黄土骨架颗粒的排列方式和孔隙 12

2.2.4 黄土的微结构分类 12

2.2.5 黄土的胶结物质和胶结类型 13

2.3 黄土的物理性质 14

2.4 黄土的力学性质 16

2.4.1 黄土的压缩变形特性 16

2.4.2 黄土的抗剪强度特性 20

2.4.3 黄土的抗拉特性 23

2.4.4 黄土的渗透特性 25

2.5 黄土的强度指标及其变化规律 27

2.5.1 黄土强度指标的变化规律 27

2.5.2 黄土抗剪强度指标的变化范围 30

2.5.3 黄土的残余强度 30

2.5.4 黄土强度指标的选用问题 31

2.6 离石黄土力学性质试验 33

2.6.1 依托工程地质条件分析 33

2.6.2 试样的选取与制作 34

2.6.3 离石黄土的物理性质试验 34

2.6.4 离石黄土的力学性质试验 35

2.6.5 离石黄土的应力-应变关系分析 37

2.6.6 离石黄土强度特性分析 42

2.7 黄土隧道围岩分级 43

2.8 本章小结 45

第3章 黄土连拱隧道信息化施工监控量测 46

3.1 概述 46

3.2 监控量测的意义和目的 46

3.2.1 监控量测的意义 46

3.2.2 监控量测的目的 47

3.3 监控量测的内容和方法 48

3.3.1 监控量测的内容 48

3.3.2 洞内、外观察 49

3.3.3 周边位移量测 50

3.3.4 拱顶下沉量测 51

3.3.5 浅埋地表下沉量测 51

3.3.6 喷射混凝土应力与二衬混凝土应力量测 52

3.3.7 围岩压力与两层支护间压力量测 53

3.3.8 钢拱架内力量测 55

3.3.9 锚杆轴力量测 55

3.3.10 围岩体内位移量测 56

3.3.11 仰拱应力量测 57

3.3.12 中隔墙应力量测 57

3.3.13 地表裂缝量测 58

3.4 监测断面布置 58

3.5 必测项目监测结果与分析 59

3.5.1 隧道周边位移量测结果分析 59

3.5.2 隧道拱顶下沉量测结果分析 60

3.5.3 地表下沉量测结果分析 63

3.6 选测项目监测结果与分析 65

3.6.1 围岩内部位移量测结果分析 65

3.6.2 锚杆轴力量测结果分析 65

3.6.3 围岩压力量测结果分析 71

3.6.4 钢架内力量测结果分析 72

3.6.5 两层支护间压力量测结果分析 73

3.6.6 喷射混凝土切向应变量测结果分析 74

3.6.7 二次衬砌钢筋应力量测结果分析 76

3.6.8 二次衬砌混凝土切向应变量测结果分析 76

3.6.9 仰拱应力量测结果分析 77

3.6.10 中隔墙应力量测结果分析 80

3.6.11 地表裂缝量测结果分析 81

3.7 黄土隧道围岩稳定性判别模型 82

3.8 本章小结 84

第4章 黄土连拱隧道围岩参数的位移反分析 85

4.1 概述 85

4.1.1 反分析方法的一般理论 85

4.1.2 人工神经网络基本理论 87

4.2 基于BP网络法的围岩参数动态增量反分析 92

4.2.1 BP网络模型的建立 92

4.2.2 学习样本的建立 93

4.2.3 网络结构优化 95

4.3 位移反分析结果与围岩参数的确定 96

4.4 本章小结 97

第5章 黄土连拱隧道相似模型试验研究 98

5.1 概述 98

5.2 依托工程简介 99

5.3 相似理论 101

5.3.1 相似原理 101

5.3.2 模型的破坏试验及地质力学模型的相似判据 103

5.3.3 试验相似关系的确定 103

5.4 黄土连拱隧道相似模型试验方案 104

5.4.1 模型试验方案 104

5.4.2 隧道相似模型试验系统 105

5.5 相似材料配比试验 107

5.5.1 相似材料试验 107

5.5.2 相似材料试验结果分析 112

5.6 离石黄土连拱隧道洞身Ⅳ级围岩段模型试验 113

5.6.1 相似模型制作 113

5.6.2 相似模型试验 114

5.6.3 模型试验结果分析 119

5.7 本章小结 120

第6章 黄土连拱隧道施工方案优化研究 121

6.1 概述 121

6.1.1 工程背景 121

6.1.2 隧道支护设计参数 121

6.1.3 支护结构的力学参数 122

6.2 Ⅳ级围岩浅埋偏压段施工方案对比 122

6.2.1 侧壁导坑法施工方案模拟 122

6.2.2 上下台阶法施工方案模拟 144

6.3 Ⅳ级围岩深埋段施工方案对比 156

6.3.1 侧壁导坑法施工方案模拟 156

6.3.2 上下台阶法施工方案模拟 171

6.4 Ⅴ级围岩浅埋偏压段施工方案优化 182

6.5 Ⅴ级围岩深埋段施工方案数值模拟 195

6.6 黄土连拱隧道施工方法的敏感性研究 205

6.6.1 施工方法选择敏感性的定义 205

6.6.2 埋深对施工方法选择的敏感性分析 206

6.6.3 不同跨度连拱隧道施工方法的敏感性分析 213

6.7 本章小结 221

第7章 黄土连拱隧道中隔墙形式及最小厚度分析 222

7.1 概述 222

7.1.1 平面有限元模型的建立 222

7.1.2 三导洞法的开挖过程 224

7.2 中隔墙形式及其受力研究 226

7.2.1 曲中隔墙模型Ⅰ开挖过程结构受力分析 226

7.2.2 曲中隔墙模型Ⅱ开挖过程结构受力分析 231

7.2.3 直中隔墙模型开挖过程数值模拟计算结果与分析 237

7.2.4 三种中隔墙模型计算结果对比分析 242

7.3 最小中隔墙厚度数值模拟 244

7.3.1 Ⅳ级围岩浅埋段最小中隔墙厚度 245

7.3.2 Ⅳ级围岩深埋段最小中隔墙厚度 251

7.3.3 Ⅴ级围岩浅埋段最小中隔墙厚度 256

7.3.4 Ⅴ级围岩深埋段最小中隔墙厚度 259

7.4 本章小结 262

第8章 黄土连拱隧道施工过程的空间效应分析 264

8.1 概述 264

8.1.1 模型计算范围 264

8.1.2 施工方案的简化 264

8.2 开挖面空间效应分析 265

8.2.1 左洞围岩变形分析 265

8.2.2 左洞围岩应力分析 266

8.2.3 控制截面计算结果分析 267

8.3 左右洞施工的相互影响分析 269

8.4 空间效应作用下中隔墙受力变形规律 271

8.4.1 中隔墙受力分析 271

8.4.2 中隔墙变形分析 274

8.5 本章小结 275

第9章 黄土连拱隧道动态施工损伤局部化研究 276

9.1 概述 276

9.2 原状黄土弹塑性损伤本构模型 277

9.2.1 应变空间的弹塑性损伤本构模型推导 278

9.2.2 应变空间的损伤演化规律推导 280

9.2.3 加载函数的确定 282

9.2.4 损伤门槛值及损伤屈服函数的确定 282

9.2.5 损伤本构模型参数的确定 285

9.2.6 损伤本构模型的验证 285

9.3 围岩损伤局部化程序二次开发研究 286

9.3.1 围岩损伤度概念的提出 286

9.3.2 FLAC3D自定义本构模型的实现 288

9.3.3 自定义本构模型与FLAC3D自带本构模型的对比研究 288

9.3.4 围岩损伤度计算模块的编制与验证 291

9.4 黄土连拱隧道动态施工损伤局部化数值模拟 293

9.4.1 黄土连拱隧道施工方案确定 293

9.4.2 黄土连拱隧道开挖数值分析 295

9.4.3 两种施工方案开挖围岩损伤局部化对比分析 309

9.5 本章小结 310

第10章 黄土连拱隧道设计与施工关键技术 311

10.1 概述 311

10.2 黄土连拱隧道衬砌结构设计 311

10.2.1 衬砌结构的选用 311

10.2.2 复合式衬砌 312

10.3 黄土连拱隧道中隔墙结构及其基础设计 314

10.3.1 连拱隧道中隔墙结构形式 314

10.3.2 黄土连拱隧道中隔墙结构设计 315

10.3.3 中隔墙基础设计 316

10.4 黄土连拱隧道防排水系统设计 316

10.4.1 洞口防排水 318

10.4.2 洞身防排水 318

10.4.3 隧道内外路基、路面排水 318

10.4.4 中隔墙防排水 319

10.5 黄土连拱隧道施工关键技术 321

10.5.1 黄土连拱隧道施工方法 321

10.5.2 洞口工程施工技术 331

10.5.3 洞身开挖施工技术 336

10.5.4 二次衬砌施工技术 347

10.5.5 结构物防排水施工技术 350

10.5.6 空洞检测与注浆回填技术 356

10.5.7 黄土连拱隧道常见病害处治技术 359

10.6 本章小结 363

参考文献 364