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第1章 绪论1

1.1 连拱隧道的特征及适用范围1

1.1.1 连拱隧道及其特征1

1.1.2 连拱隧道的优缺点1

1.1.3 连拱隧道的适用范围2

1.2 黄土公路连拱隧道修建技术研究现状3

1.2.1 黄土隧道研究现状3

1.2.2 黄土连拱隧道研究现状4

1.3 黄土公路连拱隧道修建技术展望6

第2章 黄土的基本特征及围岩分级8

2.1 黄土的地质特征8

2.1.1 黄土在我国的分布及物理特征8

2.1.2 黄土的地层划分9

2.2 黄土的微结构特征11

2.2.1 黄土的微结构特征及骨架颗粒形态11

2.2.2 黄土骨架颗粒的连接形式11

2.2.3 黄土骨架颗粒的排列方式和孔隙12

2.2.4 黄土的微结构分类12

2.2.5 黄土的胶结物质和胶结类型13

2.3 黄土的物理性质14

2.4 黄土的力学性质16

2.4.1 黄土的压缩变形特性16

2.4.2 黄土的抗剪强度特性20

2.4.3 黄土的抗拉特性23

2.4.4 黄土的渗透特性25

2.5 黄土的强度指标及其变化规律27

2.5.1 黄土强度指标的变化规律27

2.5.2 黄土抗剪强度指标的变化范围30

2.5.3 黄土的残余强度30

2.5.4 黄土强度指标的选用问题31

2.6 离石黄土力学性质试验33

2.6.1 依托工程地质条件分析33

2.6.2 试样的选取与制作34

2.6.3 离石黄土的物理性质试验34

2.6.4 离石黄土的力学性质试验35

2.6.5 离石黄土的应力-应变关系分析37

2.6.6 离石黄土强度特性分析42

2.7 黄土隧道围岩分级43

2.8 本章小结45

第3章 黄土连拱隧道信息化施工监控量测46

3.1 概述46

3.2 监控量测的意义和目的46

3.2.1 监控量测的意义46

3.2.2 监控量测的目的47

3.3 监控量测的内容和方法48

3.3.1 监控量测的内容48

3.3.2 洞内、外观察49

3.3.3 周边位移量测50

3.3.4 拱顶下沉量测51

3.3.5 浅埋地表下沉量测51

3.3.6 喷射混凝土应力与二衬混凝土应力量测52

3.3.7 围岩压力与两层支护间压力量测53

3.3.8 钢拱架内力量测55

3.3.9 锚杆轴力量测55

3.3.10 围岩体内位移量测56

3.3.11 仰拱应力量测57

3.3.12 中隔墙应力量测57

3.3.13 地表裂缝量测58

3.4 监测断面布置58

3.5 必测项目监测结果与分析59

3.5.1 隧道周边位移量测结果分析59

3.5.2 隧道拱顶下沉量测结果分析60

3.5.3 地表下沉量测结果分析63

3.6 选测项目监测结果与分析65

3.6.1 围岩内部位移量测结果分析65

3.6.2 锚杆轴力量测结果分析65

3.6.3 围岩压力量测结果分析71

3.6.4 钢架内力量测结果分析72

3.6.5 两层支护间压力量测结果分析73

3.6.6 喷射混凝土切向应变量测结果分析74

3.6.7 二次衬砌钢筋应力量测结果分析76

3.6.8 二次衬砌混凝土切向应变量测结果分析76

3.6.9 仰拱应力量测结果分析77

3.6.10 中隔墙应力量测结果分析80

3.6.11 地表裂缝量测结果分析81

3.7 黄土隧道围岩稳定性判别模型82

3.8 本章小结84

第4章 黄土连拱隧道围岩参数的位移反分析85

4.1 概述85

4.1.1 反分析方法的一般理论85

4.1.2 人工神经网络基本理论87

4.2 基于BP网络法的围岩参数动态增量反分析92

4.2.1 BP网络模型的建立92

4.2.2 学习样本的建立93

4.2.3 网络结构优化95

4.3 位移反分析结果与围岩参数的确定96

4.4 本章小结97

第5章 黄土连拱隧道相似模型试验研究98

5.1 概述98

5.2 依托工程简介99

5.3 相似理论101

5.3.1 相似原理101

5.3.2 模型的破坏试验及地质力学模型的相似判据103

5.3.3 试验相似关系的确定103

5.4 黄土连拱隧道相似模型试验方案104

5.4.1 模型试验方案104

5.4.2 隧道相似模型试验系统105

5.5 相似材料配比试验107

5.5.1 相似材料试验107

5.5.2 相似材料试验结果分析112

5.6 离石黄土连拱隧道洞身Ⅳ级围岩段模型试验113

5.6.1 相似模型制作113

5.6.2 相似模型试验114

5.6.3 模型试验结果分析119

5.7 本章小结120

第6章 黄土连拱隧道施工方案优化研究121

6.1 概述121

6.1.1 工程背景121

6.1.2 隧道支护设计参数121

6.1.3 支护结构的力学参数122

6.2 Ⅳ级围岩浅埋偏压段施工方案对比122

6.2.1 侧壁导坑法施工方案模拟122

6.2.2 上下台阶法施工方案模拟144

6.3 Ⅳ级围岩深埋段施工方案对比156

6.3.1 侧壁导坑法施工方案模拟156

6.3.2 上下台阶法施工方案模拟171

6.4 Ⅴ级围岩浅埋偏压段施工方案优化182

6.5 Ⅴ级围岩深埋段施工方案数值模拟195

6.6 黄土连拱隧道施工方法的敏感性研究205

6.6.1 施工方法选择敏感性的定义205

6.6.2 埋深对施工方法选择的敏感性分析206

6.6.3 不同跨度连拱隧道施工方法的敏感性分析213

6.7 本章小结221

第7章 黄土连拱隧道中隔墙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 三导洞法的开挖过程224

7.2 中隔墙形式及其受力研究226

7.2.1 曲中隔墙模型Ⅰ开挖过程结构受力分析226

7.2.2 曲中隔墙模型Ⅱ开挖过程结构受力分析231

7.2.3 直中隔墙模型开挖过程数值模拟计算结果与分析237

7.2.4 三种中隔墙模型计算结果对比分析242

7.3 最小中隔墙厚度数值模拟244

7.3.1 Ⅳ级围岩浅埋段最小中隔墙厚度245

7.3.2 Ⅳ级围岩深埋段最小中隔墙厚度251

7.3.3 Ⅴ级围岩浅埋段最小中隔墙厚度256

7.3.4 Ⅴ级围岩深埋段最小中隔墙厚度259

7.4 本章小结262

第8章 黄土连拱隧道施工过程的空间效应分析264

8.1 概述264

8.1.1 模型计算范围264

8.1.2 施工方案的简化264

8.2 开挖面空间效应分析265

8.2.1 左洞围岩变形分析265

8.2.2 左洞围岩应力分析266

8.2.3 控制截面计算结果分析267

8.3 左右洞施工的相互影响分析269

8.4 空间效应作用下中隔墙受力变形规律271

8.4.1 中隔墙受力分析271

8.4.2 中隔墙变形分析274

8.5 本章小结275

第9章 黄土连拱隧道动态施工损伤局部化研究276

9.1 概述276

9.2 原状黄土弹塑性损伤本构模型277

9.2.1 应变空间的弹塑性损伤本构模型推导278

9.2.2 应变空间的损伤演化规律推导280

9.2.3 加载函数的确定282

9.2.4 损伤门槛值及损伤屈服函数的确定282

9.2.5 损伤本构模型参数的确定285

9.2.6 损伤本构模型的验证285

9.3 围岩损伤局部化程序二次开发研究286

9.3.1 围岩损伤度概念的提出286

9.3.2 FLAC3D自定义本构模型的实现288

9.3.3 自定义本构模型与FLAC3D自带本构模型的对比研究288

9.3.4 围岩损伤度计算模块的编制与验证291

9.4 黄土连拱隧道动态施工损伤局部化数值模拟293

9.4.1 黄土连拱隧道施工方案确定293

9.4.2 黄土连拱隧道开挖数值分析295

9.4.3 两种施工方案开挖围岩损伤局部化对比分析309

9.5 本章小结310

第10章 黄土连拱隧道设计与施工关键技术311

10.1 概述311

10.2 黄土连拱隧道衬砌结构设计311

10.2.1 衬砌结构的选用311

10.2.2 复合式衬砌312

10.3 黄土连拱隧道中隔墙结构及其基础设计314

10.3.1 连拱隧道中隔墙结构形式314

10.3.2 黄土连拱隧道中隔墙结构设计315

10.3.3 中隔墙基础设计316

10.4 黄土连拱隧道防排水系统设计316

10.4.1 洞口防排水318

10.4.2 洞身防排水318

10.4.3 隧道内外路基、路面排水318

10.4.4 中隔墙防排水319

10.5 黄土连拱隧道施工关键技术321

10.5.1 黄土连拱隧道施工方法321

10.5.2 洞口工程施工技术331

10.5.3 洞身开挖施工技术336

10.5.4 二次衬砌施工技术347

10.5.5 结构物防排水施工技术350

10.5.6 空洞检测与注浆回填技术356

10.5.7 黄土连拱隧道常见病害处治技术359

10.6 本章小结363

参考文献364