淺埋偏壓隧道穩(wěn)定性分析及其可靠性研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟發(fā)展對綜合交通網(wǎng)絡和現(xiàn)代化城市建設的依賴性日益增強，淺埋隧道工程作為一種重要的交通構筑物型式，在丘陵山區(qū)斜坡地段公路、鐵路建設和城市地下空間開發(fā)利用過程中往往不可避免，而淺埋隧道開挖引起的圍巖應力、位移變化較之深埋隧道更為復雜，研究淺埋隧道穩(wěn)定性和形變問題對于隧道設計、施工和理論研究具有重要意義。學術界和工程界普遍認為:企圖采用一種理論，徹底解決各種不同地質條件下和不同使用目的的隧道工程的難題是不現(xiàn)實的，必須綜合利用多種理論

2、研究手段才可獲得最佳效果。因此，有必要豐富、完善和拓展經(jīng)典理論在淺埋隧道工程之中的應用，以期為淺埋隧道工程設計和施工提供科學理論指導。本文的主要研究內容如下:
　　(1)基于極限分析上限定理和“切線法”非線性破壞準則，構建了考慮地表傾斜和隧底隆起的淺埋隧道圍巖破壞機制，進而推導淺埋隧道極限圍巖壓力計算表達式，并運用非線性規(guī)劃優(yōu)化方法對目標函數(shù)進行優(yōu)化求解。對典型影響因素的敏感性進行算例分析，探討了斜坡坡腳開挖對圍巖穩(wěn)定性的影響。結

3、合c、ψ值分別取不同折減系數(shù)的綜合強度折減技術，為淺埋隧道圍巖穩(wěn)定性評價提供一種新的思路和方法。
　　(2)依托湖南省永吉高速公路龍?zhí)镀核淼拦こ虒嵗?，以塑性區(qū)貫通為失穩(wěn)判據(jù)，結合數(shù)值模擬方法和正交試驗原理，辨明影響淺埋隧道圍巖穩(wěn)定性的主控因素。將淺埋隧道圍巖穩(wěn)定性極限上限分析方法、綜合強度折減技術和可靠度理論有機結合，運用蒙特卡羅法計算淺埋隧道圍巖的失效概率和可靠度指標，同時分析了c、ψ值不同概率分布形式以及參數(shù)間相關性對隧道工程

4、可靠度的影響。
　　(3)基于極限分析上限定理，結合Hoek-Brown破壞準則和非關聯(lián)流動法則，構建淺埋隧道掌子面三維多滑塊型破壞機制，推導淺埋隧道掌子面支護反力計算式。運用非線性優(yōu)化方法對目標函數(shù)進行優(yōu)化求解，進而分析不同參數(shù)對淺埋隧道掌子面支護反力的影響規(guī)律，并對管棚注漿預支護條件下的淺埋隧道開挖掌子面穩(wěn)定性進行拓展研究。
　　(4)基于經(jīng)典彈塑性理論，考慮巖土介質的應變軟化效應，采用巖石材料的三線性應力-應變軟化（彈

5、性-塑性軟化-塑性殘余）模型和虎克-布朗(Hoek-Brown)強度準則，運用逐步求解法獲得非對稱荷載下圓形隧洞圍巖彈性區(qū)、塑性軟化區(qū)和塑性殘余區(qū)的應力場、位移場和塑性區(qū)半徑的近似解析解。
　　(5)針對邊坡開挖和隧道掘進共存的特殊工況，以經(jīng)典彈塑性理論解析計算所得的圍巖徑向位移為最大隧洞收斂的初值，構建山體斜坡和橢圓形隧道非均勻收斂的隨機介質理論分析模型，推導出邊坡開挖和隧道掘進引起地表移動與變形的計算公式，并結合現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)對