黄土地层中水工隧洞衬砌结构计算研究

摘要

黄土在全球分布极广，尤其在我国北部各省分布广泛，同时我国也是地球上黄土分布最广的一个地区。从黄土的自然地理分布条件及特征上来看，可以把它分成为五种分布形式：高原地区类、盆地地区类、山前地带类、山前河谷平原地区类、高山地区类。 我国西北地区基本上是干旱和半干旱地区，降水量较少，水资源地区分布极不均匀，因而建设了一批引水供水工程，比如引大入秦工程、引洮供水一期工程等。黄土高原有着其独特的地形地貌及地质，工程的建设需要考虑诸多因素，特别是隧洞工程，在大型水利工程项目中占有很大的比例。目前甘肃地区正在兴建的水工隧洞数量众多，当地的隧洞工程地质多为黄土，因此充分考虑这种地质状况，认真研究黄土隧洞的衬砌结构计算，对水工隧洞的建设与稳定运行有着重要的意义。针对黄土地层中水工隧洞的衬砌结构计算，本文主要完成了以下工作： 1．从黄土的物理性质方面详细解释了其工程地质特性，重点介绍了湿陷性黄土和饱和性黄土地工程地质特性。从根本上揭示了黄土的主要工程地质特性——湿陷性的形成机理。 2．介绍了黄土隧洞特点以及黄土隧洞结构设计中断面形式的选择和一、二次衬砌支护设计的确立形式。 3．依据隧洞衬砌结构计算理论，得出了黄土隧洞衬砌结构计算的数学模型。重点分析了黄土隧洞衬砌的内力情况，得出了各项参数的计算公式。 4．应用所得数学模型对引洮供水一期工程中的饱水黄土隧洞15＃隧洞进行了衬砌结构计算。得出了此座引水隧洞一、二次衬砌的内力情况。 本课题主要是针对特殊地质的黄土隧洞，利用隧洞衬砌结构计算理论，建立黄土隧洞的衬砌结构计算数学模型。对甘肃省引洮供水一期工程的黄土隧洞衬砌结构稳定状况的分析有一定的参考意义。特别是引洮供水一期工程中的黄土隧洞大多采用的是类马蹄形断面，而设计单位对此进行衬砌计算是多采用的是马蹄形断面的电算程序，会产生一定得误差，因此，根据本文所得的数学模型可以编辑相应的电算程序，对以后的黄土隧洞的设计能够起到积极的促进作用。

目录

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1绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外水工隧洞衬砌结构计算研究进展

1.3隧洞及其衬砌

1.3.1隧洞

1.3.2衬砌

2黄土工程地质特性

2.1湿陷性黄土工程特征

2.1.1湿陷性黄土的颗粒组成

2.1.2土的湿度和密度

2.2饱和黄土工程地质特性

3黄土隧洞的特点及结构设计

3.1黄土隧洞的特点

3.2黄土隧洞结构设计

3.2.1断面形式选择

3.2.2一、二次支护设计

4黄土隧洞衬砌结构计算理论及其计算数学模型的建立

4.1隧洞衬砌结构计算理论

4.1.1山岩压力

4.1.2弹性压力

4.2黄土隧洞衬砌结构计算模型的建立

5工程实例分析

5.1工程概述

5.2一次衬砌计算参数的选取

5.2.1洞身衬砌截面形式或尺寸

5.2.2设计荷载

5.2.3衬砌材料

5.3一次衬砌计算

5.3.1矢高f计算

5.3.2刚臂长度c计算

5.3.3多余未知力X2及X2计算

5.3.4各截面弯矩值计算

5.3.5各截面轴向力计算

5.3.6各截面应力计算

5.3.7应力验算

5.4二次衬砌计算

5.4.1洞身衬砌截面形式和尺寸

5.4.2设计荷载

5.4.3衬砌材料

5.4.4二次衬砌计算结果

5.5结果分析

6结论和讨论

6.1结论

6.2讨论

参考文献

致谢

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