黄土隧道工程论文提纲

论文题目：浅埋小净距黄土隧道注浆加固机理研究及应用

摘要：伴随国民经济的快速发展,我国的城市化进程亦飞速发展。快速增长的人口数量,对城市基础设施的需求也日渐增长。因此,越来越多城市地铁或城市地下隧道被提上修建日程,但受建筑、管线、交通等诸多因素的限制,往往只能设计为浅埋小净距型。黄土,一种形成于第四纪的松散沉积物,其物质成分、外部形态和工程性质均显著区别于一般工程土类。黄土在我国分布广泛,占我国国土面积的6.6%,除举世闻名的黄土高原区域外,在我国东部地区,如辽宁、山东和江苏等地亦有大量黄土分布。当浅埋小净距隧道修建于黄土地层中时,受黄土中垂直节理的影响,隧道极易因地表沉降过大而引发地表裂缝、地面塌陷和管线破裂等工程灾害,对地表环境和建筑物造成重大危害。注浆方法是预防和处治浅埋小净距隧道不良地质灾害的可靠手段之一。但由于黄土特殊的工程性质,黄土注浆加固机制尚不明确,现有注浆加固理论对浅埋小净距黄土隧道的灾害治理难以奏效。本文依托实际工程,通过试验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法,查明了济南地区黄土工程性质方面鲜明的区域特征,揭示了黄土的注浆加固机制,研究了浅埋小净距黄土隧道的地表注浆加固机理,揭示了浸水增湿条件下浅埋小净距黄土隧道围岩失稳特征,建立了注浆加固效果预测及评估方法,最终提出了一整套针对复杂城市条件下浅埋小净距黄土隧道的注浆加固技术,并在实际工程中成功应用。本文主要工作及创新成果如下:（1）通过大量现场试验和室内试验,研究了隧址区黄土的基本物理力学性质,揭示了隧址区黄土浸水增湿条件下的强度演化规律,全面获取了区域内黄土的基本工程性质。通过调研并对比中西部黄土的工程特性,查明了以隧址区黄土为代表的济南地区黄土乃至山东地区黄土在工程性质方面鲜明的区域特征。（2）研制了一套适用于黄土注浆的新型注浆加固试验装置,可实现黄土注浆加固过程中注浆速率、注浆压力的精细化控制和动态化调整,并可同时、批量获取用于三轴压缩试验、无侧限压缩试验和渗透性测试的注浆加固体。以此开展了黄土注浆加固室内试验,研究了干密度、含水率、浆液水灰比和注浆压力对黄土注浆加固效果的影响规律,揭示了黄土注浆加固体强度性能的水敏效应。（3）探究了浆液水灰比和土体含水率对黄土注浆加固体强度性能的联合影响机制,提出了能描述黄土注浆加固体强度性能水敏效应的量化指标,建立了适用实际黄土注浆工程的注浆量计算公式,反映了注浆量、地层含水率和浆液水灰比三者之间的动态关系,提出了黄土地层动态注浆控制技术。（4）通过物理模拟试验研究了浅埋小净距黄土隧道围岩稳定性对地表注浆加固的响应规律,进而揭示了浅埋小净距黄土隧道地表注浆加固机制。基于试验结果,分析了地表注浆过程中注浆压力在埋深方向上的衰减规律,考虑注浆过程中土体自身的压缩特性,基于半无限体的球孔扩张原理,建立了地表注浆过程中的地面位移计算方法,并通过室内试验对理论方法进行了验证和分析。（5）利用数值模拟揭示了浸水增湿过程中浅埋小净距黄土隧道位移演化规律,以位移突变作为围岩失稳判据,分析了不同埋深条件下围岩失稳时的临界含水率,得到了临界粘聚力同隧道埋深的映射关系,评估了不同注浆加固效果对隧道围岩稳定性的改善效果,提出了浅埋小净距黄土隧道注浆加固效果评估标准。（6）基于浅埋小净距黄土隧道注浆加固机理的研究成果,提出了复杂城市条件下浅埋小净距黄土隧道注浆加固技术,研究成果在济南玉函路地下隧道穿越黄土段的注浆加固工程中进行了成功应用,可为类似工程提供一定借鉴。

关键词：浅埋小净距;黄土;浸水增湿;注浆加固;地表抬升

学科专业：岩土工程

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 注浆加固研究现状

1.2.2 黄土工程特性及其注浆加固研究现状

1.2.3 城市浅埋隧道围岩稳定性及注浆加固研究

1.2.4 小净距隧道围岩稳定性研究现状

1.3 目前研究中存在的问题

1.4 主要研究内容、技术路线和创新点

1.4.1 主要研究内容

1.4.2 技术路线

1.4.3 创新点

第二章 隧址区黄土工程特性研究

2.1 区域黄土地质特征分析

2.1.1 东部黄土

2.1.2 山东地区黄土

2.1.3 济南地区黄土

2.2 隧址区黄土基本物理力学性质

2.2.1 物理性质

2.2.2 变形特征

2.2.3 强度特征

2.3 隧址区黄土浸水增湿条件下的强度演化规律

2.3.1 重塑土试样制备方法

2.3.2 抗剪强度

2.3.3 无侧限抗压强度

2.4 本章小结

第三章 黄土介质注浆加固机理研究

3.1 问题的提出

3.2 精细化注浆加固试验装置研制

3.2.1 试验系统功能要求

3.2.2 注浆加固试验装置

3.2.3 试验装置注浆流程

3.2.4 渗透性测试装置

3.3 隧址区黄土注浆加固试验

3.3.1 试验参数

3.3.2 试验安排

3.3.3 试验步骤

3.4 试验结果及分析

3.4.1 加固体抗剪强度

3.4.2 加固体无侧限抗压强度

3.4.3 加固体渗透系数

3.4.4 加固体破坏特征和注浆加固模式

3.5 水灰比和含水率对加固体强度的影响机制

3.5.1 基于水灰比或含水率单一变量的黄土注浆加固试验

3.5.2 水灰比和含水率对加固体粘聚力、抗压强度的影响

3.5.3 黄土注浆加固效果的水敏效应分析

3.5.4 基于综合水灰比的黄土地层动态注浆控制

3.6 本章小结

第四章 浅埋小净距黄土隧道地表注浆加固机理研究

4.1 地表注浆物理模拟试验系统

4.2 地表注浆试验设计

4.3 隧道围岩稳定性对地表注浆的响应特征

4.3.1 围岩失稳过程

4.3.2 隧道拱顶应力演化规律

4.3.3 隧道拱腰应力演化规律

4.4 地表注浆加固机制分析

4.4.1 注浆压力演化规律

4.4.2 浆脉分布特征分析

4.5 地表注浆过程中地面位移计算方法及试验验证

4.5.1 问题的提出与简化

4.5.2 计算原理及基本假定

4.5.3 地表抬升位移计算方法

4.5.4 室内试验验证

4.5.5 影响因素分析

4.6 本章小结

第五章 浅埋小净距黄土隧道围岩失稳特征及注浆加固效果数值模拟研究

5.1 计算模型建立与参数选取

5.1.1 计算模型构建

5.1.2 计算参数选取

5.2 浅埋小净距隧道围岩失稳规律研究

5.2.1 数值试验设计

5.2.2 基于位移特征的围岩稳定性分析

5.3 浅埋小净距隧道围岩失稳临界状态研究

5.3.1 失稳准则选取

5.3.2 不同条件下的围岩失稳临界状态

5.4 小净距隧道围岩注浆加固效果分析与评估

5.4.1 典型注浆工况条件下加固效果分析

5.4.2 不同注浆工况条件下最优注浆加固效果分析

5.5 本章小结

第六章 浅埋小净距黄土隧道注浆加固工程应用实践

6.1 工程概况

6.1.1 水文地质条件

6.1.2 工程地质条件

6.2 地表塌陷灾害

6.2.1 地表塌陷灾害发生过程

6.2.2 灾害原因分析

6.2.3 注浆加固治理难点

6.3 复杂城市条件下浅埋小净距隧道注浆加固设计

6.3.1 注浆治理目标

6.3.2 地下管线分布重探测

6.3.3 上覆土层注浆加固设计

6.3.4 中隔岩柱注浆加固设计

6.4 注浆加固效果评价

6.4.1 围岩变形监测

6.4.2 地球物理探测

6.4.3 浆脉分布特征

6.5 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

博士期间参与的科研项目