地下洞室開挖支護優(yōu)化設計及應用研究.pdf

1、地下工程災害防護是防災減災工程及防護工程學科的重要研究方向，但是隨著地下工程的大規(guī)模開發(fā)與建設，巖土體地質條件的特殊性、隨機性和復雜性越來越突出，使得人們對圍巖變形破壞及其力學機理、地層錨固支護規(guī)律等方面的認識還不夠深入，長期以來使得地下工程的設計施工處于依靠實踐經驗和定性階段，往往出現圍巖變形、塌方、冒頂等諸多工程事故或錨固強度過大、經濟浪費現象嚴重兩種極端的情形。因此，充分研究地下洞室圍巖變形破壞的力學機理，深入認識地下洞室錨固支護

2、的規(guī)律，在此基礎上合理定量的評價圍巖穩(wěn)定性，并采用科學、定量、動態(tài)的方法對地下洞室工程的開挖和支護進行優(yōu)化設計，通過定量的方案優(yōu)選，達到“既安全可靠，又經濟合理”的目的，成為目前巖土工程界迫切需要解決的問題，對正確指導地下結構的設計和施工也具有重大的理論意義、現實意義和深遠的社會意義。 本論文針對目前地下工程建設的需要和所存在的不足，按“新奧法”信息化設計施工的思想，考慮圍巖與支護的共同作用，將數值分析軟件FLAC<'3D>程序

3、應用于地下洞室錨固設計，并以圍巖分類為橋梁，基于工程類比法，對地下洞室開挖與加固穩(wěn)定性問題進行數值模擬，研究開挖導致圍巖變形破壞規(guī)律、支護結構錨固機理和規(guī)律，并借助正交試驗法進行設計參數優(yōu)選的系統(tǒng)的、全面的、綜合的研究。最后以江西上奉隧道這一具體工程為例，進行巖體開挖支護優(yōu)化設計，為上奉隧道后續(xù)設計與施工，以及其他同類地下洞室工程的開挖與支護優(yōu)化設計及施工提供科學依據和參考。 全面分析了國內外地下工程支護結構理論、圍巖穩(wěn)定性分析

4、理論與方法及地下洞室結構優(yōu)化設計研究現狀，進而綜合研究了地下洞室圍巖穩(wěn)定性問題，并探討了圍巖穩(wěn)定性的評價方法、影響因素及失穩(wěn)判據，然后針對圍巖變形失穩(wěn)的特點和規(guī)律，對不同類型的錨固方式進行了錨固機理研究，以正確指導錨固方案選擇，合理完成優(yōu)化設計，并全面研究分析了不同錨固方式的仿真方法，根據錨固方式和地下洞室的特點，選取了合適的數值模擬軟件。 研究并解決了優(yōu)化設計的技術問題，全面分析了國內外圍巖分類方法及研究應用現狀，選擇合理的圍

5、巖分類方法，以根據工程類比進行優(yōu)化設計，為正確指導地下洞室優(yōu)化設計提供了前期準備。研究了不同開挖支護參數對圍巖穩(wěn)定性的影響，通過對不同方案的數值模擬或正交試驗，研究分析了圍巖穩(wěn)定、圍巖應力應變規(guī)律、破壞區(qū)規(guī)律，確定了各參數對圍巖破壞的作用機理、影響特征及影響程度的大小，確定了主要影響參數，為優(yōu)化設計及工程應用提供了必要的參考。 最后，以江西上奉隧道為例，進行了洞室開挖及支護全過程的三維彈塑性仿真計算，根據不同開挖支護參數的研究，