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深埋宽长隧道软弱围岩施工动态有限元数值模拟研究
| 论文题名： | 深埋宽长隧道软弱围岩施工动态有限元数值模拟研究 |
| 关键词： | 深埋宽长隧道;软弱围岩;有限元分析;施工动态;数值模拟 |
| 摘要： | 随着我国高速铁路进入高速发展的时期，根据工程线路的需要，必然会修建很多宽长隧道，宽长隧道中出现软弱围岩段是常有的事，而工程事故频发段往往出现在对软弱围岩的施工过程中。相比一般隧道，宽长隧道在修建过程中，地质条件更为复杂，所以对软弱围岩的处理必须更加谨慎!目前有限元法发展已较为成熟，该方法计算精度较高，不受工程形状的影响，能根据实际工程需要建立模型，在隧道围岩的稳定性分析评价方面得到了广泛的应用。本文使用有限元分析软件对软弱围岩进行数值分析，分析了软弱围岩段在施工工程中围岩应力与位移的变化规律，根据变化规律指导反馈设计和对隧道施工安全进行超前预报。 本文对宽长隧道的特性进行了分析研究，阐述了有限元基本理论及其在隧道工程中的应用。本次模拟以新建南广铁路项目中的北岭山隧道为工程背景，选用大型有限元软件ANSYS，建立对深埋宽长隧道中的软弱围岩段的施工方法的模型，对该隧道断面为D3K393+080段进行了数值模拟分析，该断面为V级围岩段，埋深为579.74m，主要采用环形土体开挖预留核心土的施工方法。本次模拟主要通过ANSYS中的生死单元和载荷步实现了动态模拟该施工方法。 通过对北岭山隧道建立合理的模型，选用工程实际施工中材料的参数，对施工各个阶段进行动态模拟。得出了围岩在施工各个阶段的应力和位移云图；支护结构在核心土和下台阶开挖过程中的轴力、剪力和弯矩图；锚杆在核心土开挖和下台阶开挖过程中的轴力图和应变分布图。 通过对各个施工阶段围岩的应力云图分析可得，在环形土体开挖完成后，围岩的应力集中现象明显，随着后续的开挖和支护的进行，特别是支护成环后，围岩内应力集中现象得到了很大改善，支护结构早成环对围岩稳定能起很大作用。通过对支护结构的轴力、剪力和弯矩图分析，该工程中的支护强度满足围岩稳定性的需求，支护结构较为安全；对动态施工中锚杆的轴力图的变化分析，提出了软弱围岩段在拱顶处不设系统锚杆的建议。对隧道拱顶处、拱腰处和拱角处的位移云图进行了分析，得出与工程现在实际监控量测数据接近的结果，说明本次模拟选用的模型及参数基本合理，为北岭山隧道后续的设计和施工提拱了必要的理论依据。 |
| 作者： | 熊鑫 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 包惠明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 桂林理工大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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