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考虑流固耦合的水下隧道力学特性研究
| 论文题名： | 考虑流固耦合的水下隧道力学特性研究 |
| 关键词： | 水下隧道;最小覆盖层厚度;流固耦合;力学特性 |
| 摘要： | 近年来，我国在铁路及公路工程的建设中修建了大量的水下隧道，截止2013年底，我国已建成各类水下隧道总长达1万多公里。在水下隧道的建设中，最小覆盖层厚度对隧道工程施工方法、工程造价及工程稳定性等具有重要影响。本文以兰州市轨道交通1号线迎门滩～马滩区间穿越黄河（穿黄）隧道工程为背景，通过数值计算及经验公式估算并结合工程实际，确定了该工程的最小覆盖层厚度，在此基础上，模拟分析了该工程的应力场、位移场和渗流场的分布规律及特性，主要研究成果包括： (1)采用日本海底隧道经验公式、挪威经验曲线及国内顶水采煤经验公式，分别计算了兰州市轨道交通1号线穿黄隧道的最小覆盖层厚度；建立了有限元分析模型，模拟分析了覆盖层厚度分别为18.1m、19.1m、20.1m、21.1m、22.1m、23.1m和24.1m7种工况下的隧道渗流场分布特性，在此基础上，结合工程实际，确定了穿黄隧道的最小覆盖层厚度为22.1m。 (2)建立了流固耦合的有限元分析模型，模拟分析了穿黄隧道的渗流场、位移场和应力场的分布规律。研究结果表明：①渗流场方面：隧道开挖前，孔隙水压力从上至下依次增大呈层状分布，开挖后孔隙水压力从上到下依次增大呈漏斗状分布，并随开挖进尺的增大孔隙水压力逐渐减小。②位移场方面：随着隧道开挖进尺的不断推进，水平位移及竖向位移增量不断减小并逐渐趋于稳定，总体来看，各关键点的水平位移和竖向位移值都比较小。③应力场方面：隧道开挖前，竖向有效应力和水平向有效应力都呈左右对称分布；隧道开挖后，洞室周围竖向有效应力最大值区域分布在拱顶上方；左右拱腰和拱顶处水平有效应力值最大，随着开挖进尺的增大，最大值分布区域逐渐减小。 (3)选择盾构管片在拱顶、左右拱腰及拱底处的4个关键点，对隧道力学特性进行分析研究，研究结果表明：①各关键点的竖向位移随开挖进尺增大而增大；拱顶处关键点竖向位移最大，左右拱腰处关键点竖向位移最小；②各关键点的水平位移随开挖进尺增大而增大；左右拱腰处关键点水平位移最大，呈左右对称分布，拱底处关键点水平位移最小；③各关键点竖向有效应力随开挖进尺增大而增大，竖向有效应力在拱顶处最大，左右拱腰处最小；④各关键点水平有效应力随开挖进尺增大而增大，竖向有效应力在左右拱腰处最大，拱底处最小。总体来说，各关键点的位移值和应力值都较小。 |
| 作者： | 张艺博 |
| 专业： | 交通运输规划与管理 |
| 导师： | 贾剑青 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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