本書主要介紹了黃土的基本物理力學(xué)性質(zhì)、黃土連拱隧道穩(wěn)定性與設(shè)計(jì)施工關(guān)鍵技術(shù)等相關(guān)的研究成果，內(nèi)容包括黃土的基本物理力學(xué)性質(zhì)及其本構(gòu)模型、黃土連拱隧道現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)和參數(shù)反分析技術(shù)、黃土連拱隧道大型物理模型試驗(yàn)、黃土連拱隧道施工方案優(yōu)化和空間力學(xué)效應(yīng)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(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)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(diǎn)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(shù)研究現(xiàn)狀3
1.2.1黃土隧道研究現(xiàn)狀3
1.2.2黃土連拱隧道研究現(xiàn)狀4
1.3黃土公路連拱隧道修建技術(shù)展望6
第2章黃土的基本特征及圍巖分級(jí)8
2.1黃土的地質(zhì)特征8
2.1.1黃土在我國(guó)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(jié)構(gòu)特征11
2.2.1黃土的微結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)分類12
2.2.5黃土的膠結(jié)物質(zhì)和膠結(jié)類型13
2.3黃土的物理性質(zhì)14
2.4黃土的力學(xué)性質(zhì)16
2.4.1黃土的壓縮變形特性16
2.4.2黃土的抗剪強(qiáng)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(qiáng)度指標(biāo)及其變化規(guī)律27
2.5.1黃土強(qiáng)度指標(biāo)的變化規(guī)律27
2.5.2黃土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的變化范圍30
2.5.3黃土的殘余強(qiáng)度30
2.5.4黃土強(qiáng)度指標(biāo)的選用問題31
2.6離石黃土力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)33
2.6.1依托工程地質(zhì)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(zhì)試驗(yàn)34
2.6.4離石黃土的力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)35
2.6.5離石黃土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系分析37
2.6.6離石黃土強(qiáng)度特性分析42
2.7黃土隧道圍巖分級(jí)43
2.8本章小結(jié)45
第3章黃土連拱隧道信息化施工監(jiān)控量測(cè)46
3.1概述46
3.2監(jiān)控量測(cè)的意義和目的46
3.2.1監(jiān)控量測(cè)的意義46
3.2.2監(jiān)控量測(cè)的目的47
3.3監(jiān)控量測(cè)的內(nèi)容和方法48
3.3.1監(jiān)控量測(cè)的內(nèi)容48
3.3.2洞內(nèi)、外觀察49
3.3.3周邊位移量測(cè)50
3.3.4拱頂下沉量測(cè)51
3.3.5淺埋地表下沉量測(cè)51
3.3.6噴射混凝土應(yīng)力與二襯混凝土應(yīng)力量測(cè)52
3.3.7圍巖壓力與兩層支護(hù)間壓力量測(cè)53
3.3.8鋼拱架內(nèi)力量測(cè)55
3.3.9錨桿軸力量測(cè)55
3.3.10圍巖體內(nèi)位移量測(cè)56
3.3.11仰拱應(yīng)力量測(cè)57
3.3.12中隔墻應(yīng)力量測(cè)57
3.3.13地表裂縫量測(cè)58
3.4監(jiān)測(cè)斷面布置58
3.5必測(cè)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析59
3.5.1隧道周邊位移量測(cè)結(jié)果分析59
3.5.2隧道拱頂下沉量測(cè)結(jié)果分析60
3.5.3地表下沉量測(cè)結(jié)果分析63
3.6選測(cè)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析65
3.6.1圍巖內(nèi)部位移量測(cè)結(jié)果分析65
3.6.2錨桿軸力量測(cè)結(jié)果分析65
3.6.3圍巖壓力量測(cè)結(jié)果分析71
3.6.4鋼架內(nèi)力量測(cè)結(jié)果分析72
3.6.5兩層支護(hù)間壓力量測(cè)結(jié)果分析73
3.6.6噴射混凝土切向應(yīng)變量測(cè)結(jié)果分析74
3.6.7二次襯砌鋼筋應(yīng)力量測(cè)結(jié)果分析76
3.6.8二次襯砌混凝土切向應(yīng)變量測(cè)結(jié)果分析76
3.6.9仰拱應(yīng)力量測(cè)結(jié)果分析77
3.6.10中隔墻應(yīng)力量測(cè)結(jié)果分析80
3.6.11地表裂縫量測(cè)結(jié)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(jié)84
第4章黃土連拱隧道圍巖參數(shù)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(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本理論87
4.2基于BP網(wǎng)絡(luò)法的圍巖參數(shù)動(dòng)態(tài)增量反分析92
4.2.1BP網(wǎng)絡(luò)模型的建立92
4.2.2學(xué)習(xí)樣本的建立93
4.2.3網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化95
4.3位移反分析結(jié)果與圍巖參數(shù)的確定96
4.4本章小結(jié)97
第5章黃土連拱隧道相似模型試驗(yàn)研究98
5.1概述98
5.2依托工程簡(jiǎn)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(yàn)及地質(zhì)力學(xué)模型的相似判據(jù)103
5.3.3試驗(yàn)相似關(guān)系的確定103
5.4黃土連拱隧道相似模型試驗(yàn)方案104
5.4.1模型試驗(yàn)方案104
5.4.2隧道相似模型試驗(yàn)系統(tǒng)105
5.5相似材料配比試驗(yàn)107
5.5.1相似材料試驗(yàn)107
5.5.2相似材料試驗(yàn)結(jié)果分析112
5.6離石黃土連拱隧道洞身Ⅳ級(jí)圍巖段模型試驗(yàn)113
5.6.1相似模型制作113
5.6.2相似模型試驗(yàn)114
5.6.3模型試驗(yàn)結(jié)果分析119
5.7本章小結(jié)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(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)121
6.1.3支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)參數(shù)122
6.2Ⅳ級(jí)圍巖淺埋偏壓段施工方案對(duì)比122
6.2.1側(cè)壁導(dǎo)坑法施工方案模擬122
6.2.2上下臺(tái)階法施工方案模擬144
6.3Ⅳ級(jí)圍巖深埋段施工方案對(duì)比156
6.3.1側(cè)壁導(dǎo)坑法施工方案模擬156
6.3.2上下臺(tái)階法施工方案模擬171
6.4Ⅴ級(jí)圍巖淺埋偏壓段施工方案優(yōu)化182
6.5Ⅴ級(jí)圍巖深埋段施工方案數(shù)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(duì)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(jié)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(dǎo)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(jié)構(gòu)受力分析226
7.2.2曲中隔墻模型Ⅱ開挖過程結(jié)構(gòu)受力分析231
7.2.3直中隔墻模型開挖過程數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果與分析237
7.2.4三種中隔墻模型計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析242
7.3最小中隔墻厚度數(shù)值模擬244
7.3.1Ⅳ級(jí)圍巖淺埋段最小中隔墻厚度245
7.3.2Ⅳ級(jí)圍巖深埋段最小中隔墻厚度251
7.3.3Ⅴ級(jí)圍巖淺埋段最小中隔墻厚度256
7.3.4Ⅴ級(jí)圍巖深埋段最小中隔墻厚度259
7.4本章小結(jié)262
第8章黃土連拱隧道施工過程的空間效應(yīng)分析264
8.1概述264
8.1.1模型計(jì)算范圍264
8.1.2施工方案的簡(jiǎn)化264
8.2開挖面空間效應(yīng)分析265
8.2.1左洞圍巖變形分析265
8.2.2左洞圍巖應(yīng)力分析266
8.2.3控制截面計(jì)算結(jié)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(yīng)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(jié)275
第9章黃土連拱隧道動(dòng)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(gòu)模型277
9.2.1應(yīng)變空間的彈塑性損傷本構(gòu)模型推導(dǎo)278
9.2.2應(yīng)變空間的損傷演化規(guī)律推導(dǎo)280
9.2.3加載函數(shù)的確定282
9.2.4損傷門檻值及損傷屈服函數(shù)的確定282
9.2.5損傷本構(gòu)模型參數(shù)的確定285
9.2.6損傷本構(gòu)模型的驗(yàn)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(gòu)模型的實(shí)現(xiàn)288
9.3.3自定義本構(gòu)模型與FLAC3D自帶本構(gòu)模型的對(duì)比研究288
9.3.4圍巖損傷度計(jì)算模塊的編制與驗(yàn)證291
9.4黃土連拱隧道動(dòng)態(tài)施工損傷局部化數(shù)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(shù)值分析295
9.4.3兩種施工方案開挖圍巖損傷局部化對(duì)比分析309
9.5本章小結(jié)310
第10章黃土連拱隧道設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)311
10.1概述311
10.2黃土連拱隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)311
10.2.1襯砌結(jié)構(gòu)的選用311
10.2.2復(fù)合式襯砌312
10.3黃土連拱隧道中隔墻結(jié)構(gòu)及其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)314
10.3.1連拱隧道中隔墻結(jié)構(gòu)形式314
10.3.2黃土連拱隧道中隔墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)315
10.3.3中隔墻基礎(chǔ)設(shè)計(jì)316
10.4黃土連拱隧道防排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(nèi)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(guān)鍵技術(shù)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(shù)331
10.5.3洞身開挖施工技術(shù)336
10.5.4二次襯砌施工技術(shù)347
10.5.5結(jié)構(gòu)物防排水施工技術(shù)350
10.5.6空洞檢測(cè)與注漿回填技術(shù)356
10.5.7黃土連拱隧道常見病害處治技術(shù)359
10.6本章小結(jié)363
參考文獻(xiàn)364
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