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大跨隧道施工力学行为及村砌裂缝产生机理 |
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大跨隧道施工力学行为及村砌裂缝产生机理 |
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基本信息·出版社：科学出版社
·页码：202 页
·出版日期：2009年05月
·ISBN：703024334X/9787030243348
·条形码：9787030243348
·版本：第1版
·装帧：平装
·开本：16
·正文语种：中文
·丛书名：21世纪技术与工程著作系列
·图书品牌：科瀚伟业
内容简介 《大跨隧道施工力学行为及村砌裂缝产生机理》通俗易懂，实用性强，可供隧道工程界的工程技术人员、科技人员及高校师生阅读。大跨度隧道施工力学行为及衬砌裂缝产生机理是困扰隧道科技工作者的一个难题。作者借助于数值分析，针对工程中常见的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和V级围岩中大跨度单拱和边拱隧道施工的力学行进行了较深入研究。通过研究得到了不同级别围岩中大跨度隧道的合理开挖顺序。隧道渗透水是影响隧道安全运营和结构稳定的主要不利因素，而初砌开裂是引起渗漏水的主要原因。《大跨隧道施工力学行为及村砌裂缝产生机理》结合沙坝隧道分析了倾斜岩层中衬砌开裂机理及其承载能力，并提出了相应的处治措施。
编辑推荐 《大跨隧道施工力学行为及村砌裂缝产生机理》结合沙坝隧道分析了倾斜岩层中衬砌开裂机理及其承载能力，并提出了相应的处治措施，为大跨度隧道的设计、施工和运营管理提供了技术支持。《大跨隧道施工力学行为及村砌裂缝产生机理》所述内容是历时多年联合攻关和集成创新的结果，先后依托浙江省交通厅项目、武广客专项目、韶赣高速公路项目、渝怀铁路及一系列具体工程项目，并将研究成果在各实体工程中的得到成功推广应用。
目录 前言
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 国内外发展现状
1.2.1 大跨度隧道国内外发展现状
1.2.2 衬砌裂缝国内外发展现状
第二章 不同断面大跨度隧道的力学特性
2.1 简述
2.1.1 岩体自重应力
2.1.2 岩体构造应力
2.2 大跨度隧道基本力学特性
2.3 不同断面形式的隧道力学特性
2.3.1 圆形断面隧道的应力分布
2.3.2 椭圆形断面隧道的应力分布
2.3.3 矩形断面隧道的应力分布
2.3.4 卵形断面隧道的应力分布
2.4 扁平率对大跨隧道力学特性影响
2.5 仰拱对大跨隧道力学特性的影响
2.6 小结
第三章 大跨度隧道围岩稳定性分析
3.1 影响隧道围岩稳定的有关因素
3.1.1 地质及地质结构因素
3.1.2 初始应力状态
3.1.3 岩体力学性质因素
3.1.4 地下水影响
3.1.5 工程因素
3.1.6 时间因素
3.2 基于人工神经网络的隧道围岩判别
3.2.1 人工神经网络原理
3.2.2 梅关隧道围岩判别的BP神经网络实现
第四章 大跨度隧道施工方法研究
4.1 大跨度隧道基本施工方法
4.2 大跨度隧道适用施工方法分析评价
4.2.1 全断面法
4.2.2 台阶法
4.2.3 台阶分部开挖法
4.2.4 双侧壁导坑法(眼镜法)
4.2.5 中壁法(CD工法和CRD工法)
4.2.6 施工方法比较
4.3 大跨度隧道施工辅助措施
4.4 小结
第五章 隧道施工数值模拟的思想
5.1 隧道施工过程数值模拟方法
5.1.1 基本模拟思想
5.1.2 实现卸载过程的具体方法
5.2 数值模拟计算方法——拉格朗日差分法
第六章 大跨单拱隧道施工力学动态数值模拟与施工方法比选
6.1 Ⅴ级围岩数值分析模型概况
6.1.1 Ⅴ级围岩上下台阶法开挖支护的动态数值模拟
6.1.2 Ⅴ级围岩上下台阶留核心土法开挖支护的动态数值模拟
6.1.3 Ⅴ级围岩CD法(中隔壁法)开挖支护的动态数值模拟
6.1.4 Ⅴ级围岩CRD法(交叉中隔壁法)开挖支护的动态数值模拟
6.1.5 Ⅴ级围岩双侧壁导坑法(眼镜法)开挖支护的动态数值模拟
6.2 Ⅳ级、Ⅲ级、Ⅱ级围岩上下台阶法和CD法开挖支护的数值模拟
6.2.1 Ⅳ级围岩上下台阶法和CD法开挖支护的数值模拟
6.2.2 Ⅲ级围岩上下台阶法和CD法开挖支护的数值模拟
6.2.3 Ⅱ级围岩上下台阶法和CD法开挖支护的数值模拟
6.2.4 两种施工方法的比较
第七章 大跨连拱隧道施工力学动态数值模拟与施工方法比选
7.1 简述
7.2 连拱隧道结构断面形式
7.2.1 连拱隧道结构断面形式
7.2.2 连拱隧道的开挖方式
7.3 双连拱公路隧道不同围岩类别开挖方法的数值模拟
7.3.1 模型的建立
7.3.2 计算模型的选用
7.3.3 计算范围的确定
7.3.4 围岩参数的确定
7.3.5 喷射混凝土参数计算及模型受力计算
7.3.6 Ⅴ级围岩中双联拱隧道施工数值模拟分析
7.3.7 Ⅳ级围岩中双联拱隧道施工数值模拟分析
7.3.8 Ⅲ级围岩中双联拱隧道施工数值模拟分析
7.3.9 Ⅰ级、Ⅱ级围岩施工方法的选择
第八章 爆破震动对隧道的结构影响分析
8.1 国内外研究现状与进展
8.1.1 理论研究
8.1.2 经验判据法
8.1.3 其他判据
8.1.4 现状概述
8.2 爆破震动对单拱隧道的结构作用能量机制的数值分析
8.3 爆破震动对连拱隧道的中隔墙结构影响分析
8.3.1 隧道的工程概况和地质情况
8.3.2 动力分析模型及参数选定
8.3.3 爆破加载模型的确定
8.3.4 计算结果
第九章 隧道衬砌极限荷载分析
9.1 隧道衬砌上的极限围岩压力
9.1.1 非均质岩体强度
9.1.2 倾斜层状岩层中隧道极限围岩压力
9.2 衬砌结构内力计算
9.2.1 计算模型
9.2.2 拱圈衬砌内力
9.2.3 边墙内力及变形
第十章 衬砌开裂机理及其承载能力分析
10.1 裂缝机理分析
10.1.1 黏结一滑移法
10.1.2 无滑移法
10.1.3 综合分析
10.1.4 缝宽度计算
10.2 断裂理论分析开裂衬砌的稳定性
10.2.1 混凝土断裂理论
10.2.2 受拉伸的Griffith裂纹
第十一章 隧道衬砌裂纹的整治措施
11.1 衬砌裂纹的整治原则
11.2 加固围岩的整治措施
11.2.1 锚固注浆法
11.2.2 深孔压浆法
11.2.3 支挡加固和治水稳固围岩
11.3 加固衬砌的整治措施
11.3.1 喷锚加固裂损衬砌
11.3.2 嵌补衬砌裂纹
11.3.3 钢筋混凝土套拱
11.3.4 拆除重建法
11.3.5 隧道底部加固
11.3.6 增设仰拱
11.4 小结
参考文献
……
序言 随着高速公路和高速铁路的飞速发展，大跨度隧道越来越多，而大跨度隧道设计、施工和运营遇到的问题也不少。其中施工力学行为及衬砌裂缝产生机理是困扰隧道科技工作者的一个难题。作者借助于数值分析，针对工程中常见的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和V级围岩中大跨度单拱和连拱隧道施工的力学行为进行了较深入研究。通过研究提出了不同级别围岩中大跨度隧道的合理开挖顺序。隧道渗透水是影响隧道安全运营和结构稳定的主要不利因素，而衬砌开裂是引起渗漏水的主要原因。本书结合沙坝隧道分析了倾斜岩层中衬砌开裂机理及其承载能力，并提出了相应的处治措施，为大跨度隧道的设计、施工和运营管理提供了技术支持。
本书所述内容是历时多年联合攻关和集成创新的结果，先后依托浙江省交通厅项目、武广客专项目、韶赣高速公路项目、渝怀铁路及一系列具体工程项目，并将研究成果在各实体工程中的得到成功推广应用。本书是在完成下面项目及实体工程的基础上，为解决具体工程中存在的问题写成的：
1）浙江省交通厅科技项目“连拱隧道建设的关键技术”研究。
2）浙江省交通厅科技项目“不同隧道围岩类别和环境条件下三车道单拱和连拱隧道断面几何参数优化与设计荷载确定研究”。
3）湘潭发电有限责任公司循环进排水管设计方案研究。
4）湘潭发电有限责任公司二号皮带廊道设计方案研究。
5）渝怀铁路沙坝隧道衬砌开裂原因分析。
6）渝怀铁路第十八段拱涵开裂原因分析。
7）铁道部课题“中铁五局武广客运专线XXTJIV标隧道施工超前预测预报”。
8）韶赣高速公路粤境段梅关隧道监控量测和超前地质预报。
9）浏阳河水下隧道监测。
此外，通过项目研究，先后还有8名博士生、硕士生参与有关课题的完成，取得了系列研究成果。
本书由傅鹤林、郭磊、欧阳刚杰、闻生共同完成，引用了傅鹤林、郭磊、欧阳刚杰、闻生等人的科研课题的部分研究成果，还引用了傅鹤林所指导的博士研究生和硕士研究生董辉、刘金松、邓尚平、许国平、郭明香、沈弘、吕建兵、李园园、向俊宇的学位论文的部分研究成果。硕士生谭鑫、吴小策、黄陵武、谢启东、张聚文、杨甲豹等在本书成稿的整合过程中进行了校对、绘图、打印工作。本书得到了国家自然科学基金委员会、交通部西部项目管理中心、教育部、铁道部、湖南省交通厅。
文摘 插图：
开挖边界上的节点受力不平衡，为获得新的力学平衡，围岩就要产生相应的变形，引起应力的重分布，从而直接得到开挖后围岩的应力场和位移场，如图5.4所示。分部开挖时，对于每一步开挖，将这一步被挖出部分的单元变为“空单元”，即在开挖边界产生了新的力学边界条件，然后直接进行计算就可得到此工况开挖后的结果，接着可用同样的方法进行下一步的开挖分析。地应力自动释放法更符合隧道开挖后围岩应力重分布的真实过程，反映了开挖后围岩卸载的机理，可以实现连续的开挖分析。它不需人为计算释放荷载，不需进行应力叠加，对于弹塑性分析计算只需建立弹塑性模型，其余计算过程同线弹性，不需做任何特殊处理就可实现连续开挖。因此，在下面的分析过程中，采用此方法实现卸载过程。
拉格朗日法是流体力学中研究流体运输的两种方法之一。它通过单个流体质点运动参数随时问的变化规律，以及相邻质点问这些参数的变化规律，来研究整个流场中流体的运动。将拉格朗日法移植到固体力学中，将所研究的区域划分成网络，网格节点相当于流体的质点，然后按时步用拉格朗日法来研究网格节点的运动，这种方法就称为拉格朗日元法。该方法最适合于求解非线性大变形问题。
拉格朗日差分法基于显式差分法来求解运动方程和动力方程。它对计算区域内的介质划分为若干个二维单元，单元之问以节点相互连接。对某一个节点施加荷载之后，该节点的运动方程可以写成时间步长的有限差分形式。在某一个微小的时段内，作用于该节点的荷载只对周围的若干节点（如相邻的节点）有影响。根据单元节点的速度变化和时段，此法可以求出单元之间的相对位移，进而可以求出单元应变；根据单元材料的本构方程应可以求出单元应力。随着时段的增长，这一过程将扩展到整个计算范围，直到边界。此法将计算单元之间的不平衡力，然后，特此不平衡力重新加到各节点上，再进行下一步的迭代运算，直到不平衡力足够小或者各节点位移趋于平衡为止。
