论文部分内容阅读
很多学者对喷砼拱肋的结构形式及其支护效应进行了系统的研究,指出喷砼拱肋是一种性价比很高的地下支护结构。然而目前的研究尚未涉及拱脚沉降情况下围岩-喷砼拱肋支护结构的响应特性,不利于正确评价喷砼拱肋加固的地下工程安全状态。因此,本文首先探究了拱脚沉降对围岩加固效应的影响机制,然后分别采用结构力学方法和有限差分法研究了拱脚沉降下围岩与喷砼拱肋的力学响应规律,并以此为基础评价了围岩的安全状态。主要研究内容如下:(1)拱脚沉降对喷砼拱肋加固效应影响机制研究。分析了导致拱脚沉降的影响因素,主要包括上覆荷载大、地基承载力不足、设计与施工缺陷等五个方面;从围岩-支护相互作用角度定性分析了拱脚沉降对喷砼拱肋结构和围岩的影响,揭示了拱脚沉降对喷砼拱肋支护结构加固效应的影响机制。(2)基于结构力学法对拱脚沉降下喷砼拱肋支护内力及变形进行分析。采用结构力学法建立了拱脚沉降影响下喷砼拱肋内力-变形计算模型,推导了拱脚沉降下喷砼拱肋剖面内力及变形的解析解,编制了相应计算程序并考证;基于该力学模型与计算程序研究了单拱脚不同沉降(0、3、6、9cm)和双拱脚不同相对沉降(0、2、4、6cm)时拱肋内力及变形响应规律。拱肋单拱脚发生沉降时,拱肋内力变化随拱脚沉降量增大而增大,单拱脚沉降9cm相比拱脚沉降前,拱肋弯矩最大值增加了 268%,拱肋轴力增加了 1.5%。拱肋双拱脚发生沉降时,拱肋内力变化随左右拱脚相对沉降量增大而增大,当左拱脚相对右拱脚沉降6cm时,拱肋弯矩最大值增加了 179%,轴力最大值增加了 1%。(3)基于FLAC3D对拱脚沉降下喷砼拱肋支护围岩的力学响应进行研究。以某地下厂房交通隧道为依托,基于有限差分法对单拱脚沉降下围岩-喷砼拱肋的响应特性进行了仿真模拟,揭示了拱脚沉降下围岩的变形、应力、塑性区及拱肋的应力与塑性区变化规律,数值模拟结果与解析解结果规律基本一致:拱脚沉降后,围岩变形量增大,沉降拱肋附近围岩塑性区范围增加,拱肋应力及塑性区范围增大,对隧道工程整体安全不利。