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基于有限元强度折减法的双孔并行隧道施工模拟及设计参数优选研究
| 论文题名： | 基于有限元强度折减法的双孔并行隧道施工模拟及设计参数优选研究 |
| 关键词： | 双孔并行隧道;有限元强度折减法;安全系数;正交试验设计;支护参数优化;隧道施工 |
| 摘要： | 双孔并行隧道是城市隧道中大量采用的一种形式，它的主要特点是：埋深浅、围岩条件差、双洞间距小、施工造成相互影响。隧道的开挖与支护过程是动态施工过程，其应力场和位移场等均处于不断变化之中，通过对开挖支护动态施工过程的仿真模拟，选取合理的施工方案并进行设计参数的优化，不仅使隧道满足安全性、可靠性要求，而且使设计参数和施工方案更加经济合理。本文以嵩山双孔并行小间距浅埋隧道为背景，采用有限元强度折减法对隧道的开挖和支护动态施工过程及设计参数优化等方面进行了以下研究工作： 1分析了目前地下工程围岩稳定性判据存在的问题及局限性，从而将极限平衡分析法与有限元法相结合的有限元强度折减法的安全系数引入到地下隧洞稳定性评价中，对这一方法的基本原理、屈服准则、安全系数等进行了深入探讨。该方法不仅可以评价地下工程围岩的稳定性，同时可以确定围岩潜在的滑裂面，为确定安全可靠、经济合理的隧洞间距、开挖方案及支护参数提供科学的、切实可行的理论依据。 2将有限元强度折减法应用于双孔并行隧道工程，用有限元强度折减法计算出的安全系数作为评价隧道围岩稳定性的指标，借助于ANSYS程序数值模拟计算确定嵩山隧道的安全系数和潜在滑裂面，通过分析比较确定最优开挖方案，为隧道工程施工提供理论指导。 3选用等面积圆屈服准则对嵩山隧道的开挖支护过程进行数值模拟，分析应力场、位移场、塑性区和支护结构内力变化规律，并比较采用不同屈服准则计算结果的差异，证明等面积圆屈服准则的计算结果比较接近工程实际。 4研究双孔并行隧道的双洞间距对隧道围岩稳定性影响，根据不同线间距计算得到的隧道安全系数，对嵩山隧道的线间距进行了优化设计，确定了最佳、最小线间距，为同类工程设计提供依据。 5以有限元强度折减法得到的安全系数作为隧道围岩稳定性评价指标，对锚喷支护的主要参数进行正交有限元试验分析，选择最佳的锚喷支护参数，并对双洞间距和锚喷支护参数优化后的设计方案进行数值模拟，分析表明该方案不仅能够保证隧道围岩的稳定性，而且与原方案相比可以降低工程造价，对类似工程有参考价值。 |
| 作者： | 何朋立 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 王剑波 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 青岛理工大学 |
| 学位年度： | 2005 |
| 正文语种： | 中文 |
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