论文题目：棚洞结构体、回填缓冲体与山体的适应性研究
摘要：随着我国公路建设的发展,城市公路基本上能满足人们的通行出行,公路建设逐渐走进山区,我国是一个多山地的国家,山区公路隧道开始出现并逐渐向着更长、更大的方向发展,在山区公路隧道蓬勃发展的过程中,减少深挖高填、保护公路景观和生态维护也成了更高的指导方针。棚洞的出现在山区公路环境与防灾减灾方面具有重要的意义。在山区公路路线走廊困难地段、沿河岸沟谷地、路线傍山布置地段,构造物应顺应地势,提倡设置棚洞、半隧道结构,达到保护边坡和自然环境的目的。棚洞结构将傍山边坡的锚喷支护与棚洞结构有机的结合起来,形成完整的受力体系与环保型边坡支挡结构。本文以广东省江门至罗定高速公路金中山棚洞作为依托,对高速公路环保型建设技术开展专题研究工作。通过对不同边坡荷载释放率和回填体的刚度分类分组,对比分析棚洞结构的内力变化规律。从而研究棚洞结构体、回填缓冲体及边坡体之间的相互作用机理和适用性。本论文的研究内容主要分为如下几个方面:①总结归纳国内外近些年的棚洞结构发展现状,比较系统的总结了棚洞结构的特点及棚洞结构的分类;充分证明了棚洞结构不仅能节省填挖工程量,更能很自然的融入环境并与之结合为一体。②利用Midas/GTS有限元分析软件,通过建立棚洞结构物理力学模型,比较分析了不同形式棚洞结构的受力特点;并对不同形式棚洞的适用性做了总结。③针对依托工程,利用Midas/GTS有限元分析软件对棚洞结构体、回填缓冲体及边坡体之间的相互作用机理和适用性展开研究。研究表明:1)在相同边坡条件和相同回填材料条件下,随着荷载释放率的增大,即棚洞施作较晚,棚洞内力较小,施作较早,棚洞内力较大。因此从棚洞结构内力角度考虑,棚洞应等边坡变形完后再施作。而边坡坡顶位移、坡顶拉应力、坡脚塑性区越大,表明边坡稳定性越差,因此从边坡稳定性角度考虑,棚洞应及早施作。设计时要综合考虑,既使得棚洞内力较小,又使得边坡稳定性较好,必须选择合适的棚洞施作时机,可以通过边坡监控量测的方法来确定。2)在相同边坡条件和相同棚洞施作时机下,随着回填土石刚度的增大,棚洞内力较小,当刚度在5000MPa时,棚洞结构弯矩值达到最小值;刚度超过5000MPa后,弯矩值还有所增加,但是增加很缓慢。棚洞轴力和剪力值一直呈现减小的趋势。但达到5000MPa后减小不是很明显。随着回填土石刚度的增大,边坡坡顶位移、坡脚塑性应变越小,边坡稳定性越好。因此,棚洞结构与边坡之间可以考虑采用弹性模量在5000MPa以上的材料回填,如C10片石混凝土（片石饱和抗压强度大于等于30MPa）、M7.5水泥砂浆片石（片石饱和抗压强度大于等于60MPa）,从而提高边坡稳定性,减少棚洞结构受力。④总结归纳了国内外近些年的棚洞设计和施工经验,提出了在今后的设计和施工中需要注意到的一些问题,希望可以为以后的设计和施工可以提供适当的参考。
关键词：棚洞结构体;回填缓冲体;山体;边坡;刚度;适应性
学科专业：建筑与土木工程（专业学位）
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 本文研究方法、内容及目的
1.3.1 针对隧道及地下工程常采用的研究方法
1.3.2 本文研究内容、方法及目的
第二章 山区棚洞的特点及分类
2.1 山区的工程地质特征及其脆弱性
2.1.1 山区孕灾环境的脆弱性与主要工程地质特征
2.1.2 山区道路工程的脆弱性
2.1.3 山区道路工程的主要工程地质问题
2.2 山区棚洞的特点及力学机理
2.2.1 山区棚洞的特点
2.2.2 山区棚洞的力学机理
2.3 山区棚洞的分类
2.3.1 全拱式棚洞
2.3.2 半拱式棚洞
2.3.3 框架式棚洞
2.3.4 棚洞其它分类
2.4 本章小结
第三章 不同棚洞结构型式与山体的适应性研究
3.1 数值模拟原理简介
3.1.1 模拟方法
3.1.2 有限元分析软件Midas-GTS简介
3.1.3 岩体力学模型
3.2 棚洞施工数值模拟模型的建立
3.2.1 棚洞施工数值模拟二维有限元分析方法
3.2.2 计算模型和参数
3.2.3 棚洞施工过程的计算步骤
3.3 计算结果及适用性分析
3.3.1 全拱式棚洞计算结果及适用性分析
3.3.2 半拱斜柱式棚洞计算结果及适用性分析
3.3.3 半拱直柱式棚洞计算结果及适用性分析
3.3.4 框架斜柱式棚洞计算结果及适用性分析
3.3.5 框架直柱式棚洞计算结果及适用性分析
3.4 本章小结
第四章 棚洞结构体、回填缓冲体与山体的适应性研究
4.1 棚洞结构体、回填缓冲体与山体的适应性研究的必要性
4.2 依托工程概况
4.2.1 金中山棚洞建设条件
4.2.2 棚洞总体设计概况
4.3 不同施作时机下棚洞与边坡相互作用的数值模拟
4.3.1 概述
4.3.2 计算模型和参数
4.3.3 棚洞施工过程的计算步骤
4.3.4 不同荷载释放率对棚洞结构内力的影响分析
4.3.5 不同荷载释放率对边坡稳定性的影响分析
4.3.6 不同荷载释放率下棚洞、回填体与边坡的相互作用分析
4.4 不同回填体刚度下棚洞与边坡相互作用的数值模拟
4.4.1 概述
4.4.2 计算模型和参数
4.4.3 棚洞施工过程的计算步骤
4.4.4 不同回填体刚度对棚洞结构内力的影响分析
4.4.5 不同回填体刚度对边坡稳定性的影响分析
4.4.6 不同回填体刚度下棚洞、回填体与边坡的相互作用分析
4.5 本章小结
第五章 棚洞结构设计
5.1 棚洞结构设计方法
5.2 棚洞主体结构设计
5.2.1 棚洞建筑限界
5.2.2 棚洞内轮廓
5.2.3 棚洞建筑
5.2.4 棚洞主体
5.2.5 棚洞基础
5.3 棚洞临时边坡设计
5.4 棚洞洞.及景观设计
5.5 棚洞路面及装饰设计
5.6 棚洞防排水设计
5.6.1 棚洞截水
5.6.2 棚洞防水
5.6.3 棚洞排水
5.7 棚洞回填及绿化设计
5.7.1 棚洞回填
5.7.2 棚洞绿化
5.8 特殊条件下棚洞结构设计
5.8.1 滑坡地段棚洞结构设计
5.8.2 落石地段棚洞结构设计
5.8.3 陡峭边坡地段棚洞结构设计
5.8.4 岩溶地段棚洞结构设计
5.9 本章小结
第六章 棚洞施工及监控量测
6.1 棚洞施工基本步序
6.2 棚洞边坡施工
6.3 棚洞基础施工
6.4 棚洞结构施工
6.5 棚洞防排水施工
6.5.1 棚洞防水施工
6.5.2 棚洞排水施工
6.6 棚洞回填及绿化施工
6.7 棚洞施工监控量测
6.7.1 棚洞施工监控量测的目的
6.7.2 棚洞施工监控量测的要求
6.7.3 棚洞施工监控量测的主要内容
6.8 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 主要研究结论
7.2 存在问题和今后的研究问题
致谢
参考文献