本書主要介紹了黃土的基本物理力學性質、黃土連拱隧道穩(wěn)定性與設計施工關鍵技術等相關的研究成果，內容包括黃土的基本物理力學性質及其本構模型、黃土連拱隧道現場監(jiān)控量測和參數反分析技術、黃土連拱隧道大型物理模型試驗、黃土連拱隧道施工方案優(yōu)化和空間力學效應分析、黃土連拱隧道的中隔墻型式及合理厚度選擇、以及黃土連拱隧道設計與施工關鍵技術等。
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目錄
前言
第1章緒論1
1.1連拱隧道的特征及適用范圍1
1.1.1連拱隧道及其特征1
1.1.2連拱隧道的優(yōu)缺點1
1.1.3連拱隧道的適用范圍2
1.2黃土公路連拱隧道修建技術研究現狀3
1.2.1黃土隧道研究現狀3
1.2.2黃土連拱隧道研究現狀4
1.3黃土公路連拱隧道修建技術展望6
第2章黃土的基本特征及圍巖分級8
2.1黃土的地質特征8
2.1.1黃土在我國的分布及物理特征8
2.1.2黃土的地層劃分9
2.2黃土的微結構特征11
2.2.1黃土的微結構特征及骨架顆粒形態(tài)11
2.2.2黃土骨架顆粒的連接形式11
2.2.3黃土骨架顆粒的排列方式和孔隙12
2.2.4黃土的微結構分類12
2.2.5黃土的膠結物質和膠結類型13
2.3黃土的物理性質14
2.4黃土的力學性質16
2.4.1黃土的壓縮變形特性16
2.4.2黃土的抗剪強度特性20
2.4.3黃土的抗拉特性23
2.4.4黃土的滲透特性25
2.5黃土的強度指標及其變化規(guī)律27
2.5.1黃土強度指標的變化規(guī)律27
2.5.2黃土抗剪強度指標的變化范圍30
2.5.3黃土的殘余強度30
2.5.4黃土強度指標的選用問題31
2.6離石黃土力學性質試驗33
2.6.1依托工程地質條件分析33
2.6.2試樣的選取與制作34
2.6.3離石黃土的物理性質試驗34
2.6.4離石黃土的力學性質試驗35
2.6.5離石黃土的應力-應變關系分析37
2.6.6離石黃土強度特性分析42
2.7黃土隧道圍巖分級43
2.8本章小結45
第3章黃土連拱隧道信息化施工監(jiān)控量測46
3.1概述46
3.2監(jiān)控量測的意義和目的46
3.2.1監(jiān)控量測的意義46
3.2.2監(jiān)控量測的目的47
3.3監(jiān)控量測的內容和方法48
3.3.1監(jiān)控量測的內容48
3.3.2洞內、外觀察49
3.3.3周邊位移量測50
3.3.4拱頂下沉量測51
3.3.5淺埋地表下沉量測51
3.3.6噴射混凝土應力與二襯混凝土應力量測52
3.3.7圍巖壓力與兩層支護間壓力量測53
3.3.8鋼拱架內力量測55
3.3.9錨桿軸力量測55
3.3.10圍巖體內位移量測56
3.3.11仰拱應力量測57
3.3.12中隔墻應力量測57
3.3.13地表裂縫量測58
3.4監(jiān)測斷面布置58
3.5必測項目監(jiān)測結果與分析59
3.5.1隧道周邊位移量測結果分析59
3.5.2隧道拱頂下沉量測結果分析60
3.5.3地表下沉量測結果分析63
3.6選測項目監(jiān)測結果與分析65
3.6.1圍巖內部位移量測結果分析65
3.6.2錨桿軸力量測結果分析65
3.6.3圍巖壓力量測結果分析71
3.6.4鋼架內力量測結果分析72
3.6.5兩層支護間壓力量測結果分析73
3.6.6噴射混凝土切向應變量測結果分析74
3.6.7二次襯砌鋼筋應力量測結果分析76
3.6.8二次襯砌混凝土切向應變量測結果分析76
3.6.9仰拱應力量測結果分析77
3.6.10中隔墻應力量測結果分析80
3.6.11地表裂縫量測結果分析81
3.7黃土隧道圍巖穩(wěn)定性判別模型82
3.8本章小結84
第4章黃土連拱隧道圍巖參數的位移反分析85
4.1概述85
4.1.1反分析方法的一般理論85
4.1.2人工神經網絡基本理論87
4.2基于BP網絡法的圍巖參數動態(tài)增量反分析92
4.2.1BP網絡模型的建立92
4.2.2學習樣本的建立93
4.2.3網絡結構優(yōu)化95
4.3位移反分析結果與圍巖參數的確定96
4.4本章小結97
第5章黃土連拱隧道相似模型試驗研究98
5.1概述98
5.2依托工程簡介99
5.3相似理論101
5.3.1相似原理101
5.3.2模型的破壞試驗及地質力學模型的相似判據103
5.3.3試驗相似關系的確定103
5.4黃土連拱隧道相似模型試驗方案104
5.4.1模型試驗方案104
5.4.2隧道相似模型試驗系統105
5.5相似材料配比試驗107
5.5.1相似材料試驗107
5.5.2相似材料試驗結果分析112
5.6離石黃土連拱隧道洞身Ⅳ級圍巖段模型試驗113
5.6.1相似模型制作113
5.6.2相似模型試驗114
5.6.3模型試驗結果分析119
5.7本章小結120
第6章黃土連拱隧道施工方案優(yōu)化研究121
6.1概述121
6.1.1工程背景121
6.1.2隧道支護設計參數121
6.1.3支護結構的力學參數122
6.2Ⅳ級圍巖淺埋偏壓段施工方案對比122
6.2.1側壁導坑法施工方案模擬122
6.2.2上下臺階法施工方案模擬144
6.3Ⅳ級圍巖深埋段施工方案對比156
6.3.1側壁導坑法施工方案模擬156
6.3.2上下臺階法施工方案模擬171
6.4Ⅴ級圍巖淺埋偏壓段施工方案優(yōu)化182
6.5Ⅴ級圍巖深埋段施工方案數值模擬195
6.6黃土連拱隧道施工方法的敏感性研究205
6.6.1施工方法選擇敏感性的定義205
6.6.2埋深對施工方法選擇的敏感性分析206
6.6.3不同跨度連拱隧道施工方法的敏感性分析213
6.7本章小結221
第7章黃土連拱隧道中隔墻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
7.1.2三導洞法的開挖過程224
7.2中隔墻形式及其受力研究226
7.2.1曲中隔墻模型Ⅰ開挖過程結構受力分析226
7.2.2曲中隔墻模型Ⅱ開挖過程結構受力分析231
7.2.3直中隔墻模型開挖過程數值模擬計算結果與分析237
7.2.4三種中隔墻模型計算結果對比分析242
7.3最小中隔墻厚度數值模擬244
7.3.1Ⅳ級圍巖淺埋段最小中隔墻厚度245
7.3.2Ⅳ級圍巖深埋段最小中隔墻厚度251
7.3.3Ⅴ級圍巖淺埋段最小中隔墻厚度256
7.3.4Ⅴ級圍巖深埋段最小中隔墻厚度259
7.4本章小結262
第8章黃土連拱隧道施工過程的空間效應分析264
8.1概述264
8.1.1模型計算范圍264
8.1.2施工方案的簡化264
8.2開挖面空間效應分析265
8.2.1左洞圍巖變形分析265
8.2.2左洞圍巖應力分析266
8.2.3控制截面計算結果分析267
8.3左右洞施工的相互影響分析269
8.4空間效應作用下中隔墻受力變形規(guī)律271
8.4.1中隔墻受力分析271
8.4.2中隔墻變形分析274
8.5本章小結275
第9章黃土連拱隧道動態(tài)施工損傷局部化研究276
9.1概述276
9.2原狀黃土彈塑性損傷本構模型277
9.2.1應變空間的彈塑性損傷本構模型推導278
9.2.2應變空間的損傷演化規(guī)律推導280
9.2.3加載函數的確定282
9.2.4損傷門檻值及損傷屈服函數的確定282
9.2.5損傷本構模型參數的確定285
9.2.6損傷本構模型的驗證285
9.3圍巖損傷局部化程序二次開發(fā)研究286
9.3.1圍巖損傷度概念的提出286
9.3.2FLAC3D自定義本構模型的實現288
9.3.3自定義本構模型與FLAC3D自帶本構模型的對比研究288
9.3.4圍巖損傷度計算模塊的編制與驗證291
9.4黃土連拱隧道動態(tài)施工損傷局部化數值模擬293
9.4.1黃土連拱隧道施工方案確定293
9.4.2黃土連拱隧道開挖數值分析295
9.4.3兩種施工方案開挖圍巖損傷局部化對比分析309
9.5本章小結310
第10章黃土連拱隧道設計與施工關鍵技術311
10.1概述311
10.2黃土連拱隧道襯砌結構設計311
10.2.1襯砌結構的選用311
10.2.2復合式襯砌312
10.3黃土連拱隧道中隔墻結構及其基礎設計314
10.3.1連拱隧道中隔墻結構形式314
10.3.2黃土連拱隧道中隔墻結構設計315
10.3.3中隔墻基礎設計316
10.4黃土連拱隧道防排水系統設計316
10.4.1洞口防排水318
10.4.2洞身防排水318
10.4.3隧道內外路基、路面排水318
10.4.4中隔墻防排水319
10.5黃土連拱隧道施工關鍵技術321
10.5.1黃土連拱隧道施工方法321
10.5.2洞口工程施工技術331
10.5.3洞身開挖施工技術336
10.5.4二次襯砌施工技術347
10.5.5結構物防排水施工技術350
10.5.6空洞檢測與注漿回填技術356
10.5.7黃土連拱隧道常見病害處治技術359
10.6本章小結363
參考文獻364
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