学科专业：桥梁与隧道工程
授予学位：工学硕士
学位授予单位：xx大学
学位年度： 2010年
本文针对西安地区浅埋暗挖黄土地铁隧道力学性能研究的不足，通过室内模型试验、现场实测、数值计算等手段对浅埋黄土地铁隧道围岩及支护系统受力特征进行了全面系统的研究。
1、运用大型的地质力学模型试验仪器以及简便实用的隧道开挖工具，通过对不同支护状态下浅埋暗挖黄土地铁隧道施工过程的室内模型试验，分析了浅埋黄土地铁隧道开挖前后围岩应力分布状况，以及支护结构的受力特征；进行衬砌的破坏试验，分析了衬砌变形破坏的特点；并对支护系统中锚杆的受力特性进行了分析。
2、以西安地铁二号线为依托，进行了较大规模的现场测试，着重研究了一次衬砌和围岩之间压力、格栅钢拱架的钢筋轴力、系统锚杆轴力、一次衬砌和二次衬砌之间压力以及二次衬砌混凝土应变～时间变化规律，并为模型试验和数值分析提供一定的实测依据。
3、建立有限元模型，利用MIDAS／GTS大型有限元软件，针对不同工况，得出隧道开挖过程中围岩应力分布，衬砌的弯矩和和应力分布等。将室内模型试验、现场量测的数据与数值计算的结果进行了对比分析，旨在减少方法局限性所产生的误差，研究内在联系规律，并从理论上解释试验结果。
本文成果已及时反馈到浅埋黄土地铁隧道的建设中，有效指导了湿陷性黄土地区地铁区间隧道的设计与施工，大大减少了工程事故。

目录
第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1
1．1研究背景及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1
1．2国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3
1．2．1模型试验的研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3
1．2．2数值分析方法研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4
1．2．3现场量测试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6
1．3研究意义与研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6
1．3．1研究意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6
1．3．2研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7
第二章模型试验及结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8
2．1相似理论及相似材料的选取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8
2．1．1相似定理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8
2．1．2衬砌结构相似理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9
2．1．3相似比的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10
2．1．4相似材料的选取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．10
2．2试验装置和数据采集系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12
2．2．1试验装置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．12
2．2．2试验采集系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13
2．2．3试验量测元件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯14
2．3模型试验设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．15
2．3．1隧道衬砌截面设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．15
2．3．2试验基本假定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15
2．3．3侧压力系数入的选取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．16
2．3．4试验方案的制定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．16
2．3．5测试元件的布设⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．16
2．4试验过程描述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．17
2．4．1开挖过程描述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18
2．4．2锚杆施作过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯19
2．4．3衬砌结构施作过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．19
2．5施工过程试验结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．20
2．5．1试验状态定义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯20
2．5．2隧道围岩压力变化特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．21
2．5．3衬砌结构应力分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．24
2．5．4衬砌破坏试验结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．25
2．5．4锚杆受力分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯27