[碩士]海底隧道襯砌水壓力分布規(guī)律和結構受力特征

內容簡介

　　[碩士]海底隧道襯砌水壓力分布規(guī)律和結構受力特征　　學科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學位：碩士　　學位授予單位：北京交通大學　　學位年度：2007　　隨著社會經濟的發(fā)展，今后幾十年，我國要修建數(shù)條海底隧道。要在具有恒定高水頭的海底修建隧道，就不可避免的遇到:防排水方式的設置，作用在襯砌結構上水壓力的確定，水荷載和土荷載共同作用的禍合場中襯砌結構的受力特征，等等一系列問題，這些問題具有極高的工程實踐價值。本文以我國大陸地區(qū)第一條以鉆爆法修建的海底隧道—廈門翔安海底隧道為工程背景，以模型試驗為主要研究方法，同時結合理論計算、數(shù)值模擬分析等多種手段，對隧道注漿圈、襯砌背后水荷載的分布規(guī)律，應力場、滲流場及應力場和滲流場共同作用下襯砌結構的受力特征進行了研究，主要研究成果如下:　　 (1)通過對相似理論和模型試驗原理的研究，推導了應力場、滲流場、應力場和滲流場共同作用的禍合場的相似準則。推導了均質圍巖中針對公路隧道防排水形式下注漿圈外表面、襯砌背后水壓力的理論解析公式。以原型為背景分析了襯砌背后水壓力與圍巖滲透系數(shù)、注漿圈滲透系數(shù)、注漿圈厚度和隧道控制排水量各個變量之間的關系?！　? (2)利用隧道及地下工程試驗中心研發(fā)的水土共同作用模型試驗臺架系統(tǒng)、引進了光纖光柵應變測試系統(tǒng)，以F4全強風化囊地段的S5d隧道工程為原型，研究了滲流場中注漿圈外、村砌背后水壓力在全封堵方式下、限排方式下和逐級加大水頭的過程中的分布變化規(guī)律，得到了注漿圈的水壓折減作用規(guī)律。進行了隧道模型在應力場、滲流場、應力場和滲流場共同作用的禍合場中的模型試驗?！　? (3)利用水壓力作用系數(shù)的概念，形象說明了注漿圈外和襯砌背后水壓力的分布和變化規(guī)律。注漿圈外側水壓分布近似圓形，襯砌背后水壓分布近似“葫蘆”狀。環(huán)向盲管的設置對結構受力有利?！　? (4〕依靠光纖光柵精確的應變數(shù)據采集，得出了襯砌結構在應力場、滲流場和藕合場中的形變特征和應力變化規(guī)律。隧道結構在應力場和滲流場共同作用的藕合場中受力最不利，其次是滲流場，最后是在應力場中的受力。隧道結構受力的最不利部位為仰拱內表面，其次是拱腳外表面，最后是拱頂內表面。水荷載是隧道結構設計的主要荷載，襯砌仰拱部位是設計的重中之重?！　? (5)隧道襯砌結構的應力和地下水靜水頭近似成正比例線性關系。限排方式下，隨著排水量的增大，水壓力作用系數(shù)減小，隧道襯砌結構的安全系數(shù)隨之增大，襯砌結構上的應力隨之減小。地下水滲流改變了土體結構，滲流體積力、滲透壓力施加在襯砌結構上，隧道結構上產生應力增量，因此禍合場對襯砌結構的作用要大于應力場和滲流場單獨作用的疊加?！　? (6)結合相似原理和模型試驗的特點，推得返回工程原型的相似準則，原型隧道襯砌結構的應力和內力計算公式，最終得出了襯砌結構各部位在應力場、滲流場和禍合場中的安全系數(shù)。

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