黄土隧道湿陷变形及其对衬砌结构的作用分析

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近年来我国在黄土地区修建了大量铁路、公路等隧道工程,很多都处于湿陷性黄土覆盖层范围内。然而,我国在黄土湿陷性地区隧道工程方面的研究资料相对较欠缺,现行《湿陷性黄土地区建筑规范》的适用范围不包括边坡工程和地下工程,对于地下洞室工程,该规范的应用受到一定限制。本文结合黄土工程特性及黄土隧道工程特点,从湿陷性变形对隧道的运行安全影响出发,根据已有规范和郑西客专的相关经验,针对宝兰线山岭黄土隧道,考虑与黄土隧道湿陷性密切相关的地形地貌、岩土特性和浸水条件,开展了湿陷性黄土隧道的环境等级、隧道围岩湿度变化、增湿变形、湿陷压缩应力、湿陷性试验与评价方法、湿陷性黄土隧道湿陷变形及其对衬砌结构作用等研究,总体上得出了以下成果:  (1)考虑黄土地区地形、地貌特征及降雨、灌溉等水源条件,研究提出了黄土隧道基底湿陷的岩土环境条件及浸水环境条件,并依据岩土环境分级和浸水环境分级,确定了黄土隧道的湿陷性环境等级。  (2)应用非饱和渗流计算,分析了长期降雨、灌溉、蒸发条件下黄土隧道围岩的湿度场变化,首次得到了干旱、半干旱气候及灌溉入渗作用下隧道地基土湿度远小于饱和湿度场的结论。应用有限差分数值方法,得到了开挖卸载、浸水再加载过程隧道的沉降变形数值计算结果,以及隧道地基湿陷性黄土回弹再加载分层总和法沉降量计算结果。表明增湿条件下隧道的沉降变形均小于15mm。  (3)应用弹性地基附加应力解析解,建立了隧道地基压缩应力的求解方法,分析了不同埋深隧道仰拱及拱脚地基土压缩应力随深度的变化特征,确定了不同埋深隧道地基有限深度范围的湿陷压缩应力条件。  (4)比较分析了不同埋深隧道地基土竖向压缩应力与原场地自重应力比值随仰拱基底下地基土深度的变化规律,提出了隧道地基黄土压缩应力的计算方法,确定了隧道深层黄土湿陷试验的压缩应力条件,进行了地基土压缩应力与湿陷起始压力的比较。  (5)根据隧道结构埋置于黄土地层,由深层黄土湿陷变形可能引起衬砌结构破坏的特点,提出了黄土隧道场地湿陷等级和隧底地基湿陷等级评价的方法。
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