2007级硕士研究生《隧道设计理论》考试试题

 

 

一、名词解释

1.RQD（岩石质量指标）--

①钻探时岩心复原率或称岩心采取率，是综合反映岩体强度和岩体破碎程度的指标。

②10cm以上长度的岩心累计的钻孔长度百分比。

2.新奥法（奥地利隧道施工法（New Austrian Tunneling Method,NATM）--

①以控制爆破为开挖方法；以喷射混凝土和锚杆为主要支护手段，通过监测控制围岩的变形，动态修正设计参数和变动施工方法的一种隧道施工法。

②应用岩体力学的理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时地进行支护，控制围岩的变形和松动，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道和地下工程设计施工的方法和原则。

3.长期强度—材料在荷载长期作用下所具有的强度，这里的“长期”是指“瞬时”和“无穷远”以外的时间。

4.岩爆--岩爆现象是指在高地应力地区洞室开挖后,由于洞室围岩的应力重分布和应力集中,在较短时向内围岩产生地突发猛烈的脆性破坏形式。

5.围岩重分布应力—洞室开挖后，洞室周围的岩体原来的平衡状态被破坏，引起的岩体的变形、位移甚至破坏，直到新的平衡状态出现，这种由于开挖引起的应力的变化。

6.空间效应--空间效应是指一个基坑空间状态受力开挖面必然受到另两面的支撑影响.

7.承载环--在锚杆锚固力的作用下每根锚杆周围形成一个两头圆锥形的筒状压缩区各锚杆所形成的压缩区彼此联系成一个厚度为t的均匀压缩带在围岩中形成能承受一定荷载的稳定岩体

8.局部变形理论—以E.Winkler假定为基础，应力（）和应变（）呈线性关系，即=k，k为围岩弹性抗力系数。

9.共同变形理论—认为围岩为弹性半无限体，考虑相邻质点变形的相互影响。

二、简答题

1.   简述自重应力场条件下均质各向同性连续介质中的圆形洞室围岩变形的主要特点。

无支护的围岩位移公式：

 

 

 

有支护的围岩位移公式：

 

 

 

-径向位移 -切向位移 -侧压系数 G-剪切模量 =3-4u u-Poission比

令=1 有，可知在洞室周壁的位移最大随半径的增加位移减小。

2.   试导出包含结构面起伏角i的结构面库仑抗剪强度判据。

3.   简述层状介质隧道围岩变形的主要模式。

层状岩体围岩的变形破坏主要受岩层产状及岩层组合等因素控制。破坏形式有：沿层面张裂、折断塌落、弯曲内鼓等。在水平层状围岩中，洞顶可视为两端固定的板梁，在顶板压力作用下，产生下沉弯曲、开裂。在倾斜层状围岩中，表现为沿倾斜方向一侧岩层弯曲塌落；另一侧边墙岩块滑移。在直立层状围岩中洞顶受拉力常发生沿层面纵向拉裂；侧墙因压力等于层面，常发生纵向弯折内鼓。

这一类围岩常用弹性梁、弹性板或压杆平衡理论分析。

4.   现行隧道设计规范中围岩分级思路是什么？

1）根据岩石的坚硬程度和岩体的完整程度两个基本因素的定性特征和定量的岩体基本指标BQ，综合进行初步分级

2）对围岩进行详细定级时，应在岩体基本质量分级基础上考虑修正因素的影响，修正岩体基本质量指标值

3）按修正后的岩体基本质量指标[BQ]，结合岩体的定性特征综合评判，确定围岩的详细分级。

三、理论分析题

1.   两种岩层的顺层向弹性模量分别为E1和E2，单层厚度分别为d1和d2，试导出其层状复合介质（如右图）在顺层面方向上的弹性模量E计算公式。

假设：分层以平行平面为界，平面上不产生相对位移。

 

 

 

 

1）         设两种岩层光滑接触：

   两岩层的变形不相关联有，            ,

 

 

2)设在外力作用下，两岩层的变形是相等的

2.   试导出二维应力条件下岩石材料剪切破裂角a。

四、请你谈谈隧道设计理论的发展现状与将来的研究方向。

①隧道设计的发展现状：

隧道是处于各种地质环境中的地下结构物，科学的认识地质环境是进行正确设计的前提。设计的基本目的是在各类地质体中修筑为各种目的服务的长期稳定的洞室体系。长期以来，隧道都是以工程经验法进行设计的，这些经验大多数是符合科学的，也有一定的理论基础，是进行隧道设计的实践基础。由于不能够正确解释地下工程出现的各种力学过程和现象，所以地下工程长期处于经验设计的状态。隧道设计开始以围岩分级为基础，现在转变为在设计阶段预分级，再由施工阶段修正分级的体系，逐步实现了由完全依靠经验，向半定量或完全数值分析定量方法的转变。考虑应力场、温度场和渗流场耦合的设计理论和考虑施工阶段的影响的三维效应的设计方法也在发展中。

②将来的研究方向：

1）       长大隧道工程的设计、施工及监测

2）       越江隧道及海底隧道的研究

3）       客运专线及高速公路隧道工程技术研究

4）       地下空间的规划和设计

5）       城市轨道交通的地下工程问题

6）       隧道的长期健康检测与耐久性

7）       隧道的安全与风险管理研究

8）       隧道运营通风与灾难防治

9）       数字化隧道及地下工程技术

10） 隧道工程节能、环保和绿色施工

11） 能源储备与废弃物地下处置技术

12） 隧道防护工程技术

13） 隧道及地下工程的新设备、新材料和新工艺

参考文献：

⑴.           关宝树 《隧道工程设计要点集》 北京：人民交通出版社 2003

⑵.           覃仁辉 《隧道工程》 重庆：重庆大学出版社 2005

⑶.           赵明阶 《岩石力学》 重庆：重庆交通学院 2005

⑷.           公路隧道设计规范（JTG D70-2004） 北京：人民交通出版社 2004

⑸.           徐志英 《岩石力学》 中国水利水电出版社