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在我国西北部黄土高原地区的基础交通设施建设过程中,难免遇到隧道穿越湿陷性黄土地层的情况,其地基潜在的湿陷变形会严重威胁隧道结构运营期间的安全稳定。因此,在勘察设计阶段对黄土隧道地基湿陷变形的合理预测及其对衬砌结构危害性的正确评估就显得尤为重要,而现行规范的黄土地基湿陷变形评价方法仅适用于浅埋基础加载条件下的黄土建筑地基,难以对深埋卸荷条件下的黄土隧道地基做出合理评价,无法安全有效地指导湿陷性黄土隧道地基的加固处理。针对这一问题,本文通过现场试验、数值模拟及理论分析,对黄土隧道地基湿陷发生的水-力条件、发展过程及隧道结构的力学响应规律进行深入研究,最终建立了适用于客运专线大断面黄土隧道工程的地基湿陷变形评价方法。本文主要取得了以下研究成果:(1)开展了国内外首个既有隧道大厚度湿陷性黄土场地大型试坑浸水试验,通过原位观测隧道上方地表遭遇大面积长期浸水过程中地层水分入渗迁移、湿陷变形发展及隧道结构受力变形情况,揭示了实际工程条件下隧道基底地层湿陷发生的水-力条件以及衬砌结构的力学响应和破坏特征,为黄土围岩湿陷与衬砌结构相互作用机制及其评价方法的研究提供了重要依据。(2)提出了一种依据土单元当前应力状态及湿陷变形特性计算湿陷变形的方法,将其嵌入FLAC3D有限差分程序,实现了黄土隧道湿陷变形数值模拟分析,该模拟程序可反映黄土围岩浸水湿陷过程强度骤降、变形突增及同一深度地层应力状态差异会发生不同湿陷变形的特点。通过黄土隧道场地现场试坑浸水试验的反演分析,研究了围岩浸水湿陷过程中围岩应力场、隧道基底压力分布及衬砌结构受力变形的变化规律,揭示了黄土围岩湿陷与衬砌结构相互作用机制。(3)依据黄土隧道围岩浸水湿陷过程中围岩压力增大及围岩约束软化的特征,提出了考虑黄土浸水湿陷的围岩压力计算方法及围岩基床系数与湿陷系数的关系,建立了黄土浸水湿陷变形作用下衬砌结构力学响应的荷载-结构模型分析方法。分析了现场浸水试验过程中衬砌结构内力及基底压力变化过程,并与相应实测结果进行对比验证了该方法的合理性。进而,利用该方法分析了不同地基浸水湿陷条件下衬砌结构的力学响应特征及基底压力变化规律。(4)考虑黄土隧道基底受到卸荷作用及基底压力分布特征,建立了大断面黄土隧道地基压缩应力的计算方法,提出了黄土隧道地基实际压缩应力作用下湿陷变形确定方法;考虑不同地基湿陷变形条件衬砌结构的自适应能力,并结合相应路基工后沉降控制标准,提出客运专线大断面黄土隧道地基剩余湿陷量控制标准。最终建立了客运专线大断面黄土隧道地基在卸载条件下的湿陷变形评价方法。