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基于损伤-流固耦合的穿黄隧洞稳定性分析及安全评价
| 论文题名： | 基于损伤-流固耦合的穿黄隧洞稳定性分析及安全评价 |
| 关键词： | 流固耦合;穿黄隧洞;稳定性;应力场;支护结构 |
| 摘要： | 本文以南水北调东线穿黄隧洞为工程背景，以研究不同工况下穿黄隧洞围岩及支护结构的稳定性为出发点，通过建立考虑损伤的完全流固耦合数值分析模型，对开挖、喷锚、施作衬砌、输水运行及放水检修不同阶段下穿黄隧洞围岩应力、应变、位移、塑性区和渗流场的变化情况及支护结构的受力状态进行了较为系统地分析，并针对穿黄隧洞“三水相通”的实际情况，对灌浆圈失效、二次衬砌出现裂缝的不利工况也进行了模拟与分析。主要研究内容如下: (1)在查阅国内外相关文献的基础上，对饱和岩体流-固耦合和隧洞围岩稳定性理论进行了总结，并结合穿黄隧洞地质报告和设计资料，提出了本课题的研究内容; (2)介绍了渗流的基本原理，分析地下水与岩体介质相互作用的机理。采用渗透系数充当中间变量的方法实现渗流场与应力场之间的完全耦合分析。研究渗透系数与孔隙度、应力和应变之间的关系，在此基础上建立了数值模型和有限元离散模型; (3)利用ABAQUS，选取平洞段典型断面(桩号6+737.948)建立二维模型，选取斜井段与平洞段相接处与整个斜井段建立三维模型，谈论了计算参数的取值和边界条件的计算。分析流固耦合影响下隧洞开挖、喷锚、施作二次衬砌、通水及检修的全过程。另外，由于穿黄隧洞围岩存在“三水相通”的不利地质条件，将灌浆圈失效、二次衬砌出现裂缝、二次衬砌伸缩缝止水失效三种可能出现的情况列入计算工况。 (4)通过有限元分析，分别研究了不同工况下隧洞围岩应力、位移、塑性区、渗流场的变化情况及支护结构的受力情况，分析了灌浆圈的阻水作用对围岩渗流场及应力场的影响，和二次衬砌出现裂缝及伸缩缝止水失效的情况下内外水压力共同作用下一次衬砌应力状态与渗流场的改变。 (5)利用有限元分析结果，根据围岩强度判据、塑性区判据、极限应变判据和容许相对位移判据对穿黄隧洞围岩进行稳定性分析，最终得出一些有价值的结论。 |
| 作者： | 张琼雨 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 王有志;陈瑛 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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