【碩士】大川隧道施工數(shù)值模擬與圍巖穩(wěn)定性研究【2008】

內(nèi)容簡介

　　學科專業(yè)：結(jié)構(gòu)工程　　授予學位：工學碩士　　學位授予單位：武漢理工大學　　學位年度： 2008年　　本文依托湖北省十堰市十兩公路大川隧道設計與施工，結(jié)合當前國內(nèi)外對隧道的研究特點以及拱隧道施工方法的現(xiàn)狀，應用有限元軟件ANSYS，對大川隧道的施工進行了數(shù)值模擬，分析研究了大川隧道的在不同圍巖類別、不同施工方式、不同施工階段隧道圍巖的穩(wěn)定性及和支護結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、應變及位移特征和變化規(guī)律?！　≌撐氖紫壤糜邢拊治鲕浖嗀NSYS，用平面4節(jié)點實體線性單元模擬圍巖，用Beam3單元模擬噴混凝土，用桿單元模擬錨桿，用Beam3單元模擬二次襯砌，選取Drucker-Prager屈服準則模擬圍巖，建立了大川隧道不同圍巖，不同施工方式，不同施工階段的平面(應變)有限元計算模型。同時，簡單介紹并采用隧道開挖卸載的方法一“反轉(zhuǎn)應力逐步釋放法”，利用殺死和激活單元來模擬隧道開挖和支護過程。　　論文考慮巖體的自重應力，忽略其構(gòu)造應力，模擬計算了不同圍巖、不同施工方式、不同階段條件下的隧道圍巖應力和支護結(jié)構(gòu)內(nèi)力。結(jié)果表明：隧道拱腳處，有最大彎矩和剪力，隧道拱腰線下，有最大軸力?！　θ墖鷰r，若采用全斷面開挖，設置仰拱與否對圍巖應力影響不大，但是，設置仰拱可以降低二次襯砌拱腳處的彎矩，還可以降低拱頂處的拉應力；　　若采用臺階開挖，設置仰拱比不設置仰拱的圍巖應力小。對四級和五級圍巖，設置仰拱環(huán)形開挖比設置仰拱臺階開挖的圍巖應力小而分布比較均勻；四級圍巖若臺階開挖，設置仰拱與否圍巖應力變化不大，但是，圍巖設置仰拱可以降低二次襯砌拱腳處的內(nèi)力；五級圍巖臺階開挖，設置仰拱可以適當減小隧道圍巖拱腳處壓應力和等效應力，而且，設置仰拱可以降低二次襯砌拱腳處的彎矩和拱腳處的剪力?！　Υ蟠ㄋ淼雷冃螖?shù)值模擬表明：無論采用那種施工方式，一般在隧道(圍巖、二次襯砌)拱頂處有較大位移?！　∪墖鷰r臺階開挖或全斷面開挖設置仰拱與否、四級圍巖臺階開挖設置仰拱與否對位移影響不大，但是，設置仰拱可以減少二次襯砌的變形。　　對五級圍巖設置仰拱臺階開挖的位移比不設仰拱臺階開挖的位移小，尤其是水平方向位移，而且，設置仰拱可以減少二次襯砌的變形。　　對四級圍巖和五級圍巖設置仰拱環(huán)形開挖比設置仰拱臺階開挖的位移要小。　　盡管運用數(shù)值計算求解巖土工程問題已經(jīng)為成為工程設計和施工中穩(wěn)定性分析的主要依據(jù)，但是由于地下有太多的未知數(shù)，要確保隧道施工和運營安全，必須加強施工中的信息反饋，并利用反饋的信息對隧道施工進行調(diào)整?！　?

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